Энергия воды - [89]

Кроме того, следует отметить, что q — h-линия прямой стеклянной трубы (№ 4) в диапазоне водовыпуска от 0,13 до 0,20 л/сек абсолютно точно следует за кривой, которая в соответствии с принципом Вайсбаха описывается отношением

Н = 118.x tf

В сразу следующем после этого диапазоне большего водовыпуска тем не менее q — h-линия стеклянной трубы отклоняется очень заметно от этого фундаментального уравнения Вайсбаха. Водовыпуски увеличиваются намного быстрее с увеличением значения силы трения, чем это ожидаемо согласно основному закону Вайсбаха. Это результат процесса закручивания потока на водозаборе и U-образной формы испытательной установки.

Низлежащая часть q — h-линии для прямой медной трубы идет совершенно параллелью к q — h-линии стеклянной трубы; она смещается вниз относительно уровня трения h = 2,5 см. Потери, связанные с силой трения в медной трубе в области, где q = 0,13 кО, 20 л/сек, составляют толькоЬ=118х q² — 2,5, несмотря на большую жесткость стен медной трубы по сравнению со стеклянной.

Это сокращение уровня трения при прохождении водных потоков через медные трубы может объяснить только тот факт, что медь более благоприятна для формирования закручивания потока, чем стекло. Как было уже обнаружено ранее, силы всасывания проявляются в потоке воды через это закручивающееся движение. Они и приводят к наблюдаемому сокращению трения. Величина этой всасывающей силы может быть условно определена посредством очень точного уменьшения трения, которое происходит самопроизвольно в областях с уменьшенным трением. Закручивающееся движение, рождающееся в медной трубе, производит дополнительную всасывательную способность А, где

А = 2,5q в см г/сек в низлежащей области q — h-линия и которая даже повышается в дальнейшем с увеличением водовыпуска от 325 до 500 см г/сек.

Не боясь заблуждений, можно предположить, что основное уравнение Вайсбаха для трения в трубах также справедливо при значении водовыпуска больше, чем 0,2 л/сек, если на водозаборнике создается препятствие для образования закручивающегося движения. Отсюда возможно дальнейшее развитие параболы для уровня трения по закону h = 118 х q = 0,2 л/сек. Разница в ординатах между этими параболами и соединительными линиями трех тестируемых труб отражает уменьшение уровней трения, и, как следствие этого, также может быть определена сила всасывания, которую создает закручивающееся движение воды и которая, как описано выше, формирует основу для подсчета всасывающей способности.

Чтобы проиллюстрировать этот ход мыслей, следует сказать, что значение силы всасывания в зависимости от водовыпуска графически отображается на 10-м чертеже. С его помощью была определена всасывающая способность А и отражена в чертеже 11 в виде q — А-кривых в зависимости от водовыпуска.

В случае со стеклянной трубой всасываающая способность постоянно увеличивается вплоть до А = 850 см г/сек при водовыпуске q = 300 см³/сек. Медная труба поставляет почти тот же объем, а всасывающая способность в ней приближается к А= 1860 см г/сек. То есть материал, из которого сделана труба, может интенсифицировать всасывающую способность воды на 1860—850 = 1010 см г/сек. С водовыпуском, равным 310 см г/сек, всасывательная способность спиралевидных геликоидальных труб достигает своего максимального значения в исследуемой области измерения, а именно А = 310» 11,1 — 3450 см г/сек. Это в 4,05 раза больше, чем у стеклянной трубы, ив 1,85 раза больше, чем у прямой медной.

Чертеж 10

Направление q — h- и q А-линий в отношении трех тестируемых труб, показанное на чертежах 10 и 11, описывает ритмическое колебание тенденции возрастания, четко видны постоянные и уменьшающиеся значения всасывания с возрастанием водовыпуска.

В зонах возрастания значения всасывания и всасывающие способности, увеличивающееся благодаря многомерному закручиванию потока, всегда сильнее, чем значение трения, которое, согласно формуле Вайсбаха, увеличивает нормальное турбулентное течение в трубах. Интерпретация и оценка наблюдений, обозначенных выше, позволяет сделать гипотетическое заключение о том, что синхронизация кинетической энергии текущей воды дает больше энергии благодаря закручиванию труб, чем требуется для того, чтобы преодолеть воздействие силы трения. Так можно получить постоянно возрастающее ускорение воды.

Однако это ускорение не может принять безграничное возрастание, поскольку области возрастания силы всасывания периодически сменяют зоны постоянной или уменьшающейся силы. Эти смены происходят только тогда, когда превышен оптимальный уровень синхронизации всех потоков, что приводит к усилению поступательного компонента движения при ослаблении вращательного и колебательного движений. В результате происходят различные асинхронные комбинированные действия налагающихся друг на друга кинетических процессов.

Направление кривых показывает, что в изученной области измерений они состоят из относительно длинных участков, на которых возрастает всасывающая способность, которые прерываются более короткими участками постоянной и уменьшающейся всасывающей способности. В областях постоянного увеличения значения силы всасывания прирост энергии, воникающий благодаря закручиваюшемуся движению воды — его можно наблюдать в стеклянной трубе, — настолько же велик, как и энергия, которую потребляет нормальный турбулентный поток. Однако прирост энергии в случае с медной трубой может быть намного большего значения, чем нормальное потребление энергии в турбулентном течении.