«Освобождённая энергия»

(фрагмент из книги)

Пропускная способность труб, построенных либо на одинарной, либо на двойной логарифмической спирали, теоретически должна быть значительно выше, чем у конически сужающихся при равных значениях площадей проходных сечений за счет самоускорения потока.

Экспериментально была проведена проверка данных предположений. Суть эксперимента состояла в следующем: замерялось время и характер истечения воды через насадки с каналами различной формы. Всего было проверено три типа насадок: с коническим сужением канала, с каналом с одинарным спиральным профилем, с каналом с двойным спиральным профилем. Насадки были изготовлены на 3D-принтере из ABS пластика. В математических моделях, по которым изготавливались насадки, площади поперечных сечений на одних и тех же высотах для всех насадок абсолютно одинаковы. Площадь выходного отверстия в каждом случае одинакова и составляет ~36.27 мм² (для круглого отверстия ∅ = 6.8 мм).

Для опытов использовалась обычная водопроводная вода, температура которой составляла около +8°С. В первом опыте десятикратно измерялось время полного истечения воды объемом 5 литров через все типы насадок. Во втором опыте десятикратно измерялось время полного истечения того же объема воды, но подача воды осуществлялась в насадки через круглое отверстие, площадь которого сопоставима с площадью выходных отверстий насадок. В третьем опыте измерялся объем истекшей воды через насадки при постоянном напоре. В течение нескольких промежутков времени в 30 секунд наполнялась мерная емкость и замерялась высота объема воды. Порядок использования емкостей для всех типов насадок сохранялся, т.к. емкости могли быть не совсем идентичны по форме. Результаты по всем опытам сведены в таблицы.

Таблица. Время полного истечения для различного типа насадок (опыты №1 и №2)

Таблица. Расход воды при постоянном напоре для различного типа насадок (опыт №3)

По результатам первого опыта нельзя сделать однозначные выводы, т.к. может иметь место погрешность в изготовлении насадок, данный опыт позволяет скорее оценить общее поведение насадок. Наиболее интересны результаты второго опыта. В данном опыте все насадки находились в равных условиях, т.к. промежуточный элемент с отверстием для всех сопел использовался один и тот же. Спиральные насадки показали аномальное уменьшение времени полного истечения, причем насадка с одинарным спиральным профилем, являясь аутсайдером в первом опыте, приблизилась по результатам к насадке с коническим профилем. Здесь следует отметить, что были проведены так же опыты с расположением насадок после отверстия, площадь которого была приблизительно раза в два больше площади выходных отверстий насадок. Результаты оказались близки к результатам первого опыта, т.е. без аномальных явлений.

Так же есть некоторые странности и в результатах третьего опыта. В частности можно отметить неравномерность в расходе для сопла с одинарным спиральным каналом. Там где у двух соседних мерных емкостей для конической насадки и насадки с двойным спиральным профилем разница небольшая или отсутствует совсем, отмечается существенное колебание результата для насадки с одинарным спиральным профилем.

Следующая странность была обнаружена случайно. По завершении третьего опыта и отключении подачи воды емкость освобождалась самотеком. Опыты проводились в ванной комнате, т.е. при сливе вода ударялась об эмалированную поверхность ванны. Емкость была закреплена на приспособлении, высота от выходного отверстия всех насадок до поверхности одинакова. При сливе через насадки струя ударяется о поверхность с характерным звуком. Для спиральных насадок было отмечено усиление звука на строго определенных высотах объема истекающей воды, в районе 1/3 и 1/5 объема, т.е. при одних и тех же напорах. Выражалось это в виде гудения, видимо ванна в данном случае выступила в роли резонатора. Для конической насадки подобных звуковых аномалий замечено не было. Это наводит на мысль о том, что в спиральных насадках эффект самоускорения скорее всего проявляется в строго определенных условиях и носит волнообразный характер.

Причиной отсутствия явного проявления предполагаемого самоускорения жидкости для первого и третьего опытов и возможно его небольшое появление во втором связано, скорее всего, с ошибкой при проектировании спиральных насадок. Проявление эффекта во втором опыте можно объяснить тем, что из опыта фактически исключалась верхняя часть насадок, а нижняя видимо наиболее соответствовала оптимальным условиям для проявления эффекта самоускорения. При правильном расчете формы в двух координатах x и y, т.е. в поперечном сечении спирального канала, не был учтен характер его изменения по третьей координате, т.е. вдоль вектора движения потока. Ниже на иллюстрации показано построение образующей профиля насадки с двойной логарифмической спиралью:

На иллюстрации показаны сечения канала насадки с двойным спиральным профилем для Θ = 45°. Но изменение координаты Δz для каждого угла поворота радиус-вектора в данном случае постоянное, что и является ошибкой. Из опытов по проверке числа Рейнольдса было видно, что с увеличением давления, а следовательно и скорости истечения струи, увеличивается шаг спирали. Т.е. поток воды, двигаясь в пространстве спиральных насадок и накапливая энергию в верхней части спирали, попадал в неблагоприятные условия в средней и нижней части, энергия растрачивалась на перемешивание потока. Косвенно на это может указывать отсутствие воронки при небольшом уровне воды над входом в насадку, т.е. для ее образования крайне неблагоприятные условия, хотя форма, казалось бы, должна была способствовать. В случае с конической насадкой образование воронки при небольших высотах уровня воды объясняется самоорганизацией потока воды, точнее отсутствием препятствий к самоорганизации.

♦