Matveev Nikolaj Ivanovič. Metoda kontroly počasí. Atmosférické víry Jaká činidla se používají k rozptylování mraků

Kapitola šestá
VORTEXOVÝ POHYB PLYNŮ A KAPALIN

6.1. Záhady atmosférických vírů

Všude se zabýváme vírovým pohybem plynů a kapalin. Největší víry na Zemi jsou atmosférické cyklóny, které jsou spolu s anticyklonami zónami vysoký krevní tlak zemská atmosféra, nezachycená vírovým pohybem, určují počasí na planetě. Průměr cyklón dosahuje tisíce kilometrů. Vzduch v cyklonu prochází složitým trojrozměrným spirálovým pohybem. Na severní polokouli se cyklóny, jako voda tekoucí z vany do potrubí, otáčejí proti směru hodinových ručiček (při pohledu shora), na jižní polokouli se otáčejí ve směru hodinových ručiček, což je způsobeno působením Coriolisových sil z rotace Země. .
Ve středu cyklóny je tlak vzduchu mnohem nižší než na jejím okraji, což se vysvětluje působením odstředivých sil při rotaci cyklónu.
Cyklona střední šířky, která vzniká ve středních zeměpisných šířkách v místech, kde se ohýbají atmosférické fronty, se postupně formuje do stále stabilnější a mohutnější formace, jak se pohybuje převážně na sever, kam unáší teplý vzduch z jihu. Začínající cyklón zpočátku zachycuje pouze spodní, povrchové vrstvy vzduchu, které jsou dobře zahřáté. Vír roste zdola nahoru. S dalším vývojem cyklónu dochází k přílivu vzduchu do něj i nadále na povrchu země. Tento teplý vzduch stoupá v centrální části cyklóny vzhůru a opouští vytvořenou cyklónu ve výšce 6-8 km. Vodní pára v něm obsažená v takové nadmořské výšce, kde je chladno, kondenzuje, což vede ke vzniku oblačnosti a srážek.
Tento obraz vývoje cyklónu, který dnes uznávají meteorologové po celém světě, byl úspěšně simulován v „meteotronových“ instalacích vytvořených v 70. letech v SSSR k vyvolání deště a úspěšně testován v Arménii. Proudové motory instalované na zemi vytvářely vířivý proud horkého vzduchu stoupajícího vzhůru. Po nějaké době se nad tímto místem objevil mrak, který postupně přerostl v mrak, ze kterého začalo pršet.
Tropické cyklóny, kterým se v Tichém oceánu říká tajfuny a v Atlantiku hurikány, se chovají výrazně jinak než pomalu se pohybující cyklóny střední šířky. Mají mnohem menší průměry než ty střední zeměpisné šířky (100-300 km), ale vyznačují se velkými tlakovými gradienty, velmi silným větrem (až 50 a dokonce 100 m/s) a silnými dešti.
Tropické cyklóny vznikají pouze nad oceánem, nejčastěji mezi 5 a 25° severní šířky. Blíže k rovníku, kde jsou vychylující Coriolisovy síly malé, se nerodí, což dokazuje roli Coriolisových sil při zrodu cyklón.
Tropické cyklóny, které se pohybují nejprve na západ a poté na sever nebo severovýchod, se postupně mění v běžné, ale velmi hluboké cyklóny. Když se dostanou z oceánu na pevninu, rychle nad ním zmizí. V jejich životě tedy hraje obrovskou roli oceánská vlhkost, která kondenzací ve stoupajícím vírovém proudění vzduchu uvolňuje obrovské množství latentního tepla z vypařování. Ten ohřívá vzduch a zvyšuje jeho vzestup, což vede k silnému poklesu atmosférického tlaku, když se přiblíží tajfun nebo hurikán.

Rýže. 6.1. Obří atmosférický vír-tajfun (pohled z vesmíru)

Tyto obří zuřící víry mají dva záhadné rysy. První je, že se na jižní polokouli objevují jen zřídka. Druhým je přítomnost „oka bouře“ ve středu takové formace - zóny o průměru 15-30 km, která se vyznačuje klidnou a jasnou oblohou.
Vzhledem k jejich obrovským průměrům je možné vidět, že tajfun a ještě více cyklon střední šířky je vír pouze z kosmické výšky. Fotografie vířících řetězů mraků pořízené astronauty jsou velkolepé. Ale pro pozemního pozorovatele je vizuálně nejviditelnějším typem atmosférického víru tornádo. Průměr jeho rotačního sloupce, dosahujícího k oblakům, je v nejtenčím místě 300-1000 m nad pevninou a jen desítky metrů nad mořem. V Severní Amerika, kde se tornáda objevují mnohem častěji než v Evropě (až 200 za rok), se jim říká tornáda. Tam pocházejí hlavně z moře, a když se ocitnou nad pevninou, zblázní se.
Je uveden následující obrázek zrodu tornáda: "30. května 1979 ve 4 hodiny odpoledne se v severním Kansasu setkaly dva černé a husté mraky. 15 minut poté, co se srazily a splynuly v jeden Z jeho spodního povrchu vyrostl trychtýř, který se rychle prodloužil, dostal podobu obrovského kmene, dosáhl na zem a tři hodiny jako gigantický had tropil triky po celém státě, rozbíjel a ničil vše, co mu přišlo do cesty - domy, farmy, školy...“
Toto tornádo strhlo 75metrový železobetonový most z kamenných pilířů, svázalo ho na uzel a hodilo do řeky. Odborníci později vypočítali, že k dosažení tohoto cíle musel mít proud vzduchu nadzvukovou rychlost.
To, co vzduch v tornádách při takové rychlosti dělá, lidi mate. Dřevěné třísky rozptýlené v tornádu tak snadno pronikají prkny a kmeny stromů. Říká se, že kovový hrnec, zachycený tornádem, byl obrácen naruby, aniž by se kov roztrhl. Takové triky se vysvětlují skutečností, že deformace kovu v tomto případě byla provedena bez tuhé podpory, která by mohla poškodit kov, protože předmět se vznášel ve vzduchu.

Rýže. 6.2. Fotografie tornáda.

Tornáda nejsou v žádném případě vzácným přírodním jevem, i když se objevují pouze na severní polokouli, takže se o nich nashromáždilo mnoho pozorovacích údajů. Dutina trychtýře („kmen“) tornáda je obklopena „stěnami“ vzduchu zběsile rotujícího ve spirále proti směru hodinových ručiček (jako u tajfunu) (viz obr. 6.3.) Zde rychlost vzduchu dosahuje 200-300 m/ s. Vzhledem k tomu, že statický tlak v něm klesá se zvyšující se rychlostí plynu, „stěny“ tornáda nasávají vzduch ohřátý na povrchu země a s ním i předměty, které na něj narazí, jako vysavač.
Všechny tyto objekty stoupají vzhůru, někdy až k mraku, ve kterém spočívá tornádo.

Vztlaková síla tornád je velmi vysoká. Přenášejí tedy nejen drobné předměty, ale někdy i hospodářská zvířata a lidi na značné vzdálenosti. 18. srpna 1959 v Minské oblasti tornádo zvedlo koně do značné výšky a odneslo ho pryč. Tělo zvířete bylo nalezeno jen jeden a půl kilometru daleko. V roce 1920 v Kansasu tornádo zničilo školu a zvedlo do vzduchu učitele s celou třídou školáků a lavicemi. O několik minut později byli všichni svrženi na zem spolu s troskami školy. Většina dětí a učitel zůstali naživu a bez zranění, ale 13 lidí zemřelo.
Existuje mnoho případů, kdy tornáda zvedají lidi a přenášejí je na značné vzdálenosti, po kterých zůstávají nezraněni. Nejparadoxnější z nich je popsán v: Tornádo v Mytišči u Moskvy zasáhlo rodinu rolnice Seleznevové. Poté, co hodil ženu, nejstaršího syna a dítě do příkopu, odnesl svého prostředního syna Petyu. Byl nalezen až druhý den v moskevském parku Sokolniki. Chlapec byl živý a zdravý, ale k smrti vyděšený. Nejpodivnější na tom je, že Sokolniki se od Mytišči nenacházejí ve směru, kde se tornádo pohybovalo, ale v opačném směru. Ukáže se, že chlapce nenesli po dráze tornáda, ale opačným směrem, kde už se vše dávno uklidnilo! Nebo se vrátil v čase?
Zdálo by se, že předměty v tornádu by měl nést silný vítr. Ale 23. srpna 1953 při tornádu v Rostově, prý v roce , silný poryv větru otevřel okna a dveře v domě. Budík, který stál na komodě, přitom proletěl trojicí dveří, kuchyní, chodbou a vyletěl nahoru na půdu domu. Jaké síly ho pohnuly? Ostatně budova zůstala nepoškozena a vítr, schopný takový budík unést, měl budovu, která má mnohem větší vítr než budík, zcela zdemolovat.
A proč tornáda, zvedající malé předměty ležící na hromadě až k mrakům, je spouštějí ve značné vzdálenosti v téměř stejné hromadě, nerozhazujíce je, ale jako by sypaly z rukávu?
Nerozlučné spojení s mateřským bouřkovým mrakem je charakteristickým rozdílem mezi tornádem a jinými vírovými pohyby atmosféry. Buď proto, že obrovské elektrické proudy proudí z bouřkového mraku podél „kmene“ tornáda k zemi, nebo proto, že prach a kapky vody ve víru tornáda jsou vysoce elektrizovány třením, ale tornáda jsou doprovázena vysokou úrovní elektrické aktivity. Dutina „chobotu“ je neustále propichována od stěny ke stěně elektrickými výboji. Často dokonce svítí.
Ale uvnitř dutiny „kmene“ tornáda je vírový pohyb vzduchu oslaben a je častěji směrován nikoli zdola nahoru, ale shora dolů* (* Uvádí se však, že v dutině „chobotu“ tornáda se vzduch pohybuje zdola nahoru a v jejích stěnách shora dolů.). Jsou známy případy, kdy takový sestupný proud uvnitř tornáda zesílil natolik, že vtlačil předměty do půdy (viz obr. 6.3.). Absence intenzivní rotace ve vnitřní dutině tornáda je v tomto ohledu podobná tajfunu. A „oko bouře“ je přítomno v tornádu, než se dostane z mraku na zem. Y. Maslov to poeticky popisuje takto: "V bouřkovém mraku se náhle objeví "oko", přesně "oko", s mrtvým, neživým zornicí. Má pocit, že se dívá na svou kořist. Všiml si toho! V tu samou chvíli plápolající ohněm: "S řevem a rychlostí rychlíku se řítí k zemi a zanechává za sebou dlouhou, jasně viditelnou stopu - ocas."
Experty dlouhodobě zajímá otázka zdrojů té skutečně nevyčerpatelné energie, kterou tornáda, a tím spíše tajfuny, disponují. Je jasné, že tepelná energie obrovských mas vlhkého vzduchu se nakonec přemění na energii pohybu vzduchu v atmosférickém víru. Ale proč se koncentruje v tak malých objemech jako tělo tornáda? A není taková spontánní koncentrace energie v rozporu s druhým zákonem termodynamiky, který říká, že tepelná energie se může rozptýlit pouze samovolně?
Existuje mnoho hypotéz v této věci, ale stále neexistují žádné jasné odpovědi.
Při zkoumání energie plynových vírů V. A. Atsyukovsky píše, že „tělo plynového víru je stlačováno prostředím během vytváření víru“. To potvrzuje skutečnost, že „kmen“ tornáda je tenčí než jeho základna, kde mu tření se zemí neumožňuje vyvinout vysokou rychlost otáčení. Stlačení vírového tělesa tlakem životní prostředí způsobuje zvýšení rychlosti jeho rotace v důsledku zákona zachování momentu hybnosti. A se zvýšením rychlosti pohybu plynu ve víru statický tlak v něm ještě více klesá. Z toho vyplývá, uzavírá Atsjukovsky, že vír koncentruje energii prostředí a tento proces se zásadně liší od ostatních, doprovázený rozptylem energie do prostředí.
To je místo, kde by teorie pohybu mohla zachránit druhý termodynamický zákon, pokud by bylo možné zjistit, že plynové víry emitují energii ve významných množstvích. S ohledem na to, co bylo řečeno v oddíle 4.4, teorie pohybu vyžaduje, aby při zrychlení rotace vzduchu v tornádu nebo tajfunu nevyzařovaly energii menší, než kolik spotřebují na roztočení vzduchu. A přes tornádo, a ještě více tajfun, během jeho existence procházejí obrovské masy vzduchu, které víří.
Zdálo by se, že pro vlhký vzduch je snazší vyvrhnout „přebytečnou“ energii hmoty, aniž by ji vyzařoval. Ve skutečnosti po kondenzaci vlhkosti, kdy je zvednuta atmosférickým vírem do velké výšky, kapky padajícího deště opouštějí vír a jeho hmotnost se díky tomu snižuje. Ale tepelná energie víru se tím nejen nesnižuje, ale naopak se zvyšuje v důsledku uvolňování latentního tepla z vypařování při kondenzaci vody. To vede ke zvýšení rychlosti pohybu ve víru jak v důsledku zvýšení rychlosti stoupání vzduchu, tak v důsledku zvýšení rychlosti rotace při stlačení vírového tělesa. Navíc odstranění hmoty vodních kapiček z víru nevede ke zvýšení vazebné energie rotačního systému a ke zvýšení defektu hmoty ve zbývajícím víru. Vazebná energie systému by se zvýšila (a spolu s ní by se zvýšila stabilita systému), pokud by se z něj při zrychlení rotace systému odebrala část vnitřní energie systému - teplo. A teplo se nejsnáze odvádí sáláním.
Nikoho zřejmě ani nenapadlo pokusit se zaregistrovat tepelné (infračervené a mikrovlnné) záření tornád a tajfunů. Možná existuje, ale zatím o tom nevíme. Mnoho lidí a zvířat však cítí blížící se hurikán, i když jsou uvnitř a bez pohledu na oblohu. A zdá se, že nejen kvůli poklesu atmosférického tlaku, který nutí vrány krákat bolestí v kostech, které mají dutiny. Lidé cítí něco jiného, ​​pro někoho děsivé, pro jiného vzrušující. Možná je to torzní záření, které by mělo být z tornáda a tajfunu velmi intenzivní?
Bylo by zajímavé požádat astronauty, aby pořídili infračervené fotografie tajfunů z vesmíru. Zdá se, že takové fotografie by nám mohly říci mnoho nového.
Podobné fotografie největšího cyklónu v atmosférách planet sluneční soustavy, i když ne v infračervených paprscích, však byly pořízeny kdysi dávno z vesmírných výšin. Jedná se o fotografie Jupiterovy Velké rudé skvrny, která, jak odhalily studie jejích fotografií pořízených v roce 1979 z americké sondy Voyager 1, je obrovským, trvale existujícím cyklonem v silné atmosféře Jupiteru (obr. 6. 4). „Oko bouře“ tohoto kyklopského cyklonu-tajfunu o rozměrech 40x13 tisíc km září i v oblasti viditelného světla zlověstně červenou barvou, odkud pochází i jeho název.

Rýže. 6.4. Velká rudá skvrna (GB) Jupiteru a jeho okolí (Voyager 1, 1979).

6.2. Rankeho vírový efekt

Při studiu cyklických separátorů pro čištění plynu od prachu objevil francouzský metalurgický inženýr J. Ranquet koncem 20. let 20. století neobvyklý jev: ve středu paprsku měl plyn opouštějící cyklón nižší teplotu než původní. . Již na konci roku 1931 Ranke obdržel první patent na zařízení, které nazval „vírová trubice“ (VT), v níž je proud stlačeného vzduchu rozdělen na dva proudy – studený a horký. Brzy si tento vynález patentuje v dalších zemích.
V roce 1933 podal Ranke zprávu Francouzské fyzikální společnosti o jevu, který objevil o oddělování stlačeného plynu ve VT. Ale jeho zpráva se setkala s nedůvěrou vědecké komunity, protože nikdo nedokázal vysvětlit fyziku tohoto procesu. Koneckonců, vědci si teprve nedávno uvědomili neproveditelnost fantastické myšlenky „Maxwellova démona“, který, aby rozdělil teplý plyn na horký a studený, musel uvolnit rychlé molekuly plynu mikrootvorem z nádoby s plyn a neuvolňovat pomalé. Všichni usoudili, že to odporuje druhému termodynamickému zákonu a zákonu rostoucí entropie.

Rýže. 6.5. Ranke vírová trubice.

Více než 20 let byl Rankeův objev ignorován. A teprve v roce 1946 německý fyzik R. Hilsch publikoval práci o experimentální studie VT, ve kterém dal doporučení pro návrh takových zařízení. Od té doby se jim někdy říká Ranke-Hilschovy dýmky.
Ale již v roce 1937 sovětský vědec K. Strakhovič, jak je popsáno v, aniž by znal Rankeho experimenty, teoreticky dokázal v průběhu přednášek o aplikované dynamice plynů, že by při rotujících proudech plynu měly vznikat teplotní rozdíly. Avšak teprve po druhé světové válce se v SSSR, stejně jako v mnoha jiných zemích, začalo široce využívat vířivého efektu. Je třeba poznamenat, že na začátku 70. let se sovětští výzkumníci v tomto směru ujali světového vedení. Přehled některých sovětských prací o VT je uveden např. v knize, ze které jsme si vypůjčili jak výše uvedené v této části, tak mnohé z toho, co je v ní uvedeno níže.
V Rankeho vírové trubici, jejíž schéma je na Obr. Na obr. 6.5 je válcová trubka 1 na jednom konci napojena na spirálu 2, která je zakončena nátrubkem pravoúhlého průřezu, který přivádí stlačený pracovní plyn do trubky tangenciálně k obvodu její vnitřní plochy. Na druhém konci je šnek uzavřen membránou 3 s otvorem uprostřed, jehož průměr je výrazně menší než vnitřní průměr potrubí 1. Tímto otvorem vystupuje proud studeného plynu z potrubí 1, který je rozdělen při jeho vířivém pohybu v potrubí 1 do studené (centrální) a horké (okrajové) části. Horká část proudu přiléhající k vnitřnímu povrchu trubky 1, rotující, se pohybuje ke vzdálenému konci trubky 1 a opouští ji prstencovou mezerou mezi jejím okrajem a nastavovacím kuželem 4.
B vysvětluje, že jakýkoli pohybující se proud plynu (nebo kapaliny) má, jak je známo, dvě teploty: termodynamickou (také nazývanou statickou) T, určenou energií tepelného pohybu molekul plynu (tato teplota by byla měřena teploměrem pohybujícím se podél při průtoku plynu stejnou rychlostí V, což je průtok) a stagnační teplotou T0, která je měřena stacionárním teploměrem umístěným v dráze proudění. Tyto teploty spolu souvisí

(6.1)

ve kterém C je měrná tepelná kapacita plynu. Druhý člen v (6.1) popisuje zvýšení teploty v důsledku zpomalení průtoku plynu na teploměru. Pokud se brzdí nejen v místě měření, ale v celém průřezu proudění, pak se celý plyn zahřeje na brzdnou teplotu T0. V tomto případě se kinetická energie proudění přemění na teplo.
Transformací vzorce (6.1) získáme výraz

(6.2)

což naznačuje, že jak se rychlost proudění V za adiabatických podmínek zvyšuje, termodynamická teplota klesá.
Všimněte si, že poslední výraz platí nejen pro proudění plynu, ale také pro proudění kapaliny. V něm by se s nárůstem rychlosti proudění V za adiabatických podmínek měla snižovat i termodynamická teplota kapaliny. Právě na tento pokles teploty vodního toku zrychleného v zužujícím se potrubí k turbíně upozornil L. Gerbrand, jak jsme poznamenali v části 3.4, když navrhoval přeměnu tepla říční vody na kinetickou energii toku. dodávané do turbíny vodních elektráren.
Ostatně ještě jednou přepis výrazu (6.1) do formuláře

(6.3)

Pro zvýšení kinetické energie proudění vody získáme vzorec

(zde m je hmotnost vody procházející potrubím).
Ale vraťme se k vortexové trubici. Plyn na vstupu do válcové trubky 1 se zrychluje ve své vstupní spirále na vysokou rychlost a má maximální tangenciální rychlost VR a nejnižší termodynamickou teplotu. Poté se pohybuje v potrubí 1 po válcové spirále ke vzdálenému výstupu, částečně uzavřenému kuželem 4. Pokud je tento kužel odstraněn, celý proud plynu bude volně vystupovat vzdáleným (horkým) koncem potrubí 1. Navíc VT bude nasáván otvorem v membráně 3 a část venkovního vzduchu. (Na tomto principu je založena práce vírových ejektorů, které mají menší rozměry než přímoproudé.)
Ale úpravou mezery mezi kuželem 4 a okrajem potrubí 1 dosáhnou zvýšení tlaku v potrubí na takovou hodnotu, při které se zastaví nasávání vnějšího vzduchu a část plynu z potrubí 1 začne vystupovat otvorem. v membráně 3. V tomto případě se v potrubí 1 objevuje centrální (paraxiální) plyn. Vírivé proudění pohybující se směrem k hlavnímu (okrajovému), ale rotující, jak je uvedeno v, ve stejném směru.
V celém komplexu procesů probíhajících ve VT existují dva hlavní, které podle názoru většiny výzkumníků určují přerozdělení energie mezi periferními a centrálními vířivými toky plynu v něm.
Prvním z hlavních procesů je restrukturalizace pole tangenciálních rychlostí rotujících toků při jejich pohybu po potrubí. Rychle rotující periferní proudění postupně přenáší svou rotaci na centrální proudění pohybující se směrem k němu. V důsledku toho, když se částice plynu centrálního proudu přiblíží k membráně 3, rotace obou proudů je směrována stejným směrem a dochází k tomu, jako by se kolem své osy otáčel pevný válec a nikoli plyn. Takový vír se nazývá „kvazi-pevný“. Tento název je určen tím, že částice rotujícího pevného válce mají při svém pohybu kolem osy válce stejnou tečnou závislost rychlosti na vzdálenosti k ose: Vr. =. ?r.
Druhým hlavním procesem ve VT je vyrovnání termodynamických teplot periferního a centrálního proudění v každé sekci VT, způsobené turbulentní výměnou energie mezi proudy. Bez tohoto vyrovnání by vnitřní proudění, které má nižší tangenciální rychlosti než obvodové, mělo vyšší termodynamickou teplotu než obvodové. Vzhledem k tomu, že tangenciální rychlosti obvodového proudění jsou větší než rychlosti centrálního proudění, po vyrovnání termodynamických teplot se teplota stagnace obvodového proudění pohybujícího se k výstupu z potrubí 1, zpola zakrytého kuželem 4, ukáže jako větší. než centrální proudění pohybující se k otvoru v membráně 3.
Současné působení dvou popsaných hlavních procesů vede podle většiny badatelů k přenosu energie z centrálního toku plynu ve VT do periferního a k separaci plynu na studený a horký tok.
Tato myšlenka práce VT zůstává dodnes uznávána většinou odborníků. A design VT se od dob Ranke téměř nezměnil, ačkoli oblasti použití VT se od té doby rozšiřují. Bylo zjištěno, že VT, které používají kónickou (s malým úhlem kužele) místo válcové trubky, vykazují o něco lepší provozní účinnost. Jsou ale náročnější na výrobu. Nejčastěji se k výrobě chladu používají VT pracující na plyny, ale někdy se například při práci ve vířivých termostatech používá studený i horký proud.
Přestože má vířivá trubice mnohem nižší účinnost než jiné typy průmyslových chladniček, což je způsobeno velkými energetickými náklady na stlačování plynu před jeho zavedením do VT, extrémní jednoduchost konstrukce a nenáročnost VT ji činí nepostradatelnou pro mnoho aplikací.
VT může pracovat s libovolnými plynnými pracovními kapalinami (například vodní pára) a při široké škále tlakových rozdílů (od zlomků atmosféry po stovky atmosfér). Velmi široký je i rozsah průtoků plynu ve VT (od zlomků m3/hod až po stovky tisíc m3/hod), a tedy i rozsah jejich kapacit. Zároveň s nárůstem
Průměr VT (tedy s nárůstem jeho výkonu) také zvyšuje účinnost VT.
Když se VT používá k současnému vytváření proudů studeného a horkého plynu, potrubí je vyrobeno nechlazené. Takové VT se nazývají adiabatické. Ale při použití pouze studeného toku je výhodnější použít VT, u kterých je tělo trubky nebo její vzdálený (horký) konec chlazený vodním pláštěm nebo jiným způsobem nuceně. Chlazení umožňuje zvýšit chladicí kapacitu VT.

6.3. Paradoxy vírové trubice

Vírová trubice, která se stala oním „Maxwellovým démonem“, který odděluje rychlé molekuly plynu od pomalých, se po svém vynálezu J. Rankem dlouho nedočkala uznání. Obecně platí, že jakékoli procesy a zařízení, pokud se jim nedostává teoretické zdůvodnění a vědecké vysvětlení jsou v naší "osvícené" době téměř jistě odsouzeny k odmítnutí. To je, chcete-li, odvrácená strana osvícení: vše, co nenajde okamžité vysvětlení, nemá právo existovat! A v Ranke dýmka, i když se objevilo výše uvedené vysvětlení její práce, mnoho zůstalo a zůstává nejasné. Autoři knih a učebnic si bohužel málokdy všímají nejasností některých problémů, ale naopak se je častěji snaží obcházet a zahalovat s cílem vytvořit zdání všemocnosti vědy.Kniha v tomto ohledu není výjimkou.
Takže na její straně 25 při vysvětlování procesu přerozdělování! energie ve VT přeskupením rychlostního pole rotujících toků plynu a vznikem „kvazi-pevného“ víru, lze zaznamenat určitý zmatek. Například), čteme: "Když se centrální proudění pohybuje směrem k... zažívá stále intenzivnější víření od vnějšího proudění. V tomto procesu, když vnější vrstvy stáčejí vnitřní, v důsledku... tangenciální rychlosti vnitřní průtok se snižuje a vnější průtok se zvyšuje“. Nelogičnost této fráze nutí člověka přemýšlet, zda se autoři knihy nesnaží skrýt něco, co nelze vysvětlit, vytvořit zdání logiky tam, kde žádná není?
Pokusy vytvořit teorii VT konstrukcí a řešením systému plynně-dynamických rovnic popisujících procesy ve VT přivedly mnoho autorů k nepřekonatelným matematickým potížím. Studium vírového efektu experimentátory v něm mezitím odhalovalo stále nové a nové rysy, jejichž zdůvodnění se podle některé z přijatých hypotéz ukázalo jako nemožné.
V 70. letech podnítil rozvoj kryogenní technologie hledání nových možností vírového efektu, protože jiné existující způsoby chlazení - škrcení, ejekce a expanze plynů - neposkytovaly řešení praktických problémů, které vznikaly při chlazení velkých objemů. a zkapalňování plynů s nízkými kondenzačními teplotami. Proto výzkum provozu vírových chladičů pokračoval ještě intenzivněji.
Nejzajímavějších výsledků v tomto směru dosáhli Leningradři V. E. Finko. V jeho vířivém chladiči s VT s úhlem kužele až 14° bylo dosaženo chlazení vzduchem na 30°K. Výrazné zvýšení chladicího účinku bylo zaznamenáno při zvýšení tlaku plynu na vstupu na 4 MPa a výše, což bylo v rozporu s obecně přijímaným názorem, že při tlaku větším než 1 MPa se účinnost HT prakticky nezvyšuje. se zvyšujícím se tlakem.
Tyto a další vlastnosti objevené při testech vírového chladiče s podzvukovými vstupními rychlostmi proudění, které se neshodují s dosavadními představami o vírovém efektu a v literatuře převzatou metodikou pro výpočet ochlazování plynů s jeho pomocí, přiměly V. E. Finka k analyzovat tyto nesrovnalosti.
Všiml si, že stagnační teploty nejen studených (Hox), ale i „horkých“ (Hog) odcházejících toků plynu se ukázaly být výrazně nižší než teplota T plynu dodávaného do jeho VT. To znamenalo, že energetická bilance v jeho VT neodpovídala známé Hilschově bilanční rovnici pro adiabatickou VT.

(6.5)

kde I je specifická entalpie pracovního plynu,

V dostupné literatuře Finko nenašel žádné práce věnované testování vztahu (6.5). V publikovaných pracích byl zpravidla podíl studeného toku JLI stanoven výpočtem podle vzorce

(6.6)

na základě výsledků měření teploty Tovkh Gog Gokh. Poslední vzorec se získá z (6.5) za podmínek:
V.E. Finko vytváří popsaný stojan, na kterém byly spolu s měřením stagnačních teplot průtoků měřeny průtoky plynů Ovx, Ox, Og. V důsledku toho bylo pevně stanoveno, že výraz (6.5) je pro výpočet energetické bilance VT nepřijatelný, protože rozdíl ve specifických entalpiích vstupních a odchozích toků v experimentech byl 9-24 % a rostl se zvyšujícím se vstupním tlakem. nebo s klesající teplotou přiváděného plynu. Finko poznamenává, že určitý rozpor mezi vztahem (6.5) a výsledky testů byl pozorován dříve v pracích jiných výzkumníků, například v, kde hodnota nesrovnalosti byla 10-12 %, ale byl vysvětlen autory těchto prací nepřesností měření průtoku.
Dále V.E. Finko poznamenává, že žádný z dříve navržených mechanismů výměny tepla v HT, včetně mechanismu protiproudé turbulentní výměny tepla, nevysvětluje vysoké rychlosti odvodu tepla z plynu, které vedou k významným teplotním rozdílům, které zaznamenal (~70 °K a více) ve svém vírovém chladiči. Nabízí své vysvětlení pro ochlazování plynu ve VT pomocí „práce vírové expanze plynu“ prováděné uvnitř potrubí nad částmi plynu, které tam dříve vstoupily, a také nad vnější atmosférou, kde plyn vystupuje.
Zde bychom měli poznamenat, že v obecném případě má energetická bilance VT tvar:

(6.7)

kde Wokhl je množství tepla odebraného za jednotku času z těla VT v důsledku jeho přirozeného nebo umělého chlazení. Při výpočtu adiabatických trubic je poslední člen v (6.7) zanedbán pro svou malou velikost, protože VT jsou obvykle malých rozměrů a jejich výměna tepla s okolním vzduchem konvekcí je nevýznamná ve srovnání s výměnou tepla mezi proudy plynu uvnitř VT. . A když fungují uměle chlazené VT, poslední člen v (6.7) zajišťuje zvýšení podílu toku studeného plynu opouštějícího VT. Ve vírovém chladiči Finko nedocházelo k umělému chlazení a přirozená konvekční výměna tepla s okolním atmosférickým vzduchem byla nevýznamná.
Finkův další experiment, popsaný v, neměl zdánlivě žádný přímý vztah k otázkám přenosu tepla ve VT. Ale právě to nás nutí nejsilněji pochybovat nejen o správnosti dříve existujících představ o mechanismu výměny tepla mezi toky plynu ve VT, ale také obecně o správnosti celého obecně přijímaného obrazu provozu. z VT. Finko vkládá tenkou tyč podél osy svého VT, jejíž druhý konec je upevněn v ložisku. Když je VT v provozu, tyč se začne otáčet rychlostí až 3000 ot./min, poháněná rotujícím centrálním proudem plynu ve VT. Ukázalo se však, že pouze směr otáčení tyče je opačný než směr otáčení hlavního (periferního) vířivého proudu plynu ve VT!
Z tohoto experimentu můžeme usoudit, že rotace centrálního proudu plynu je směrována opačně než rotace obvodového (hlavního) proudění. To je však v rozporu s převládající myšlenkou „kvazi-pevné“ rotace plynu ve VT.
K tomu všemu V.E. Finko zaznamenal na výstupu studeného proudu plynu z jeho VT infračervené záření pásmového spektra v rozsahu vlnových délek 5-12 mikronů, jehož intenzita rostla s rostoucím tlakem plynu na vstupu do VT. Někdy bylo také vizuálně pozorováno „záření vycházející z jádra toku“. modrá barva"Výzkumník však záření nepřikládal velký význam, přítomnost záření zaznamenal jako kuriózní doprovodný efekt a neuvedl ani hodnoty jeho intenzit. To naznačuje, že Finko přítomnost tohoto záření nespojoval s mechanismus přenosu tepla ve VT.
Zde musíme znovu připomenout mechanismus navržený v oddílech 4.4 a 4.5 pro vypouštění „nadbytečné“ hmoty-energie ze systému těles poháněných do rotace, aby se vytvořila nezbytná negativní vazebná energie systému. Psali jsme, že pro elektricky nabitá tělesa je nejjednodušší uvolňovat energii. Když rotují, mohou jednoduše vyzařovat energii ve formě elektromagnetických vln nebo fotonů. V proudění jakéhokoli plynu je vždy určitý počet iontů, jejichž pohyb v kruhu nebo oblouku ve vířivém proudění by měl vést k emisi elektromagnetických vln.
Je pravda, že při technických frekvencích rotace víru se intenzita záření rádiových vln pohybujícím se iontem, vypočtená pomocí známého vzorce pro cyklotronové záření na základní frekvenci, ukazuje jako extrémně nízká. Cyklotronové záření ale není jediným a zdaleka ne nejdůležitějším z možných mechanismů pro emisi fotonů z rotujícího plynu. Existuje řada dalších možných mechanismů, například prostřednictvím excitace molekul plynu iontově-akustickými vibracemi s následnou emisí excitovaných molekul. Mluvíme zde o cyklotronovém záření pouze proto, že jeho mechanismus je nejvíce srozumitelný pro inženýra, který čte tuto knihu. Ještě jednou zopakujme, že když příroda potřebuje vyzařovat energii ze soustavy pohybujících se těles, má k tomu tisíc způsobů. Navíc z takového systému, jako je plynový vír, ve kterém je tolik možností záření, které jsou pochopitelné i při dnešním rozvoji vědy.
V. E. Finko zaznamenal pásmové spektrum elektromagnetického záření s
vlnová délka = 10 um. Pásové spektrum je charakteristické pro tepelné záření molekul plynu. Pevné látky produkují spojité spektrum záření. Z toho můžeme usoudit, že ve Finkových experimentech bylo zaznamenáno záření pracovního plynu, a nikoli kovového pláště VT.
Tepelné záření rotujícího plynu může spotřebovávat nikoli zbytek hmoty emitujících molekul nebo iontů, ale tepelnou energii plynu jako nejpohyblivější část jeho vnitřní energie. Tepelné srážky mezi molekulami plynu molekuly nejen excitují, ale také vyživují ionty kinetickou energií, kterou vyzařují ve formě elektromagnetické energie. A zdá se, že rotace plynu nějak (třeba torzním polem) stimuluje tento radiační proces. V důsledku emise fotonů se plyn více ochladí nízké teploty, než vyplývá ze známých teorií výměny tepla mezi centrálním a periferním vírovým prouděním ve VT.
Finkova práce bohužel neudává intenzitu pozorovaného záření, a proto nelze zatím nic říci o velikosti jím unášeného výkonu. Zaznamenal však zahřívání vnitřního povrchu stěn VT nejméně o 5 °K, což by mohlo být způsobeno zahříváním tímto konkrétním zářením.
V tomto ohledu vyvstává následující hypotéza o procesu odvodu tepla z centrálního proudění do periferního vířivého proudění plynu ve VT. Plyn centrálního i periferního toku emituje při své rotaci fotony. Zdálo by se, že periferní by měla vyzařovat intenzivněji, protože má vyšší tangenciální rychlost. Ale centrální tok je v intenzivním axiálním torzním poli, které stimuluje emisi fotonů excitovanými molekulami a ionty. (To ve Finkových experimentech dokazuje přítomnost modré záře právě z „jádra“ toku.) V tomto případě se plyn z toku ochlazuje v důsledku záření, které z něj odchází, které odvádí energii a záření je pohlcováno stěnami potrubí, které jsou tímto zářením ohřívány. Ale obvodový proud plynu v kontaktu se stěnami potrubí toto teplo odebírá a zahřívá. Výsledkem je, že centrální vírový proud je studený a periferní se zahřívá.
Těleso VT tedy plní roli mezitěla, zajišťujícího přenos tepla z centrálního vírového proudění do periferního.
Je zřejmé, že když je těleso VT ochlazeno, snižuje se přenos tepla z něj do obvodového proudu plynu v důsledku snížení teplotního rozdílu mezi tělesem trubky a plynem v něm a chladicí kapacita VT se zvyšuje. .
Tato hypotéza také vysvětluje porušení tepelné rovnováhy objevené Finkem, o kterém jsme hovořili výše. Pokud část záření opustí VT jeho výstupy (a tato část může být ~ 10 %, soudě podle geometrie zařízení používaného Finkem), pak energie unášená touto částí záření již není registrována. přístroji, které měří stagnační teplotu plynu na výstupech potrubí. Podíl záření opouštějícího potrubí se zvláště zvyšuje, pokud záření vzniká převážně v blízkosti otvoru membrány 3 potrubí (viz obr. 6.5), kde jsou rychlosti otáčení plynu maximální.
K ohřevu periferního toku plynu ve VT je třeba říci ještě několik slov. Když V.E. Finko nainstaloval na „horký“ konec svého VT „narovnávač“ průtoku plynu (mřížkovou „brzdu“), „horká“ část odcházejícího proudu plynu za „vzpřimovačem“ již měla teplotu o 30-60°K vyšší než Tovx. Zároveň se zvýšil podíl studeného proudění díky zmenšení průtočné plochy pro odstranění „horké“ části proudění a teplota studené části proudění již nebyla tak nízká jako při práci bez „narovnávač“.
Po instalaci „vyrovnávače“ zaznamená Finko velmi intenzivní hluk, když jeho VT funguje. A ohřívání plynu, když je do potrubí umístěna „rovnačka“ (která, jak ukázaly jeho odhady, se nemohla tolik zahřát jen kvůli tření proudu plynu o „vzpřimovač“), vysvětluje výskytem zvukových vibrací v plynu, jehož rezonátorem je potrubí. Finko nazval tento proces „mechanismem vlnové expanze a stlačování plynu“, což vede k jeho zahřívání.
Je zřejmé, že inhibice rotace proudu plynu měla vést k přeměně části kinetické energie proudění na teplo. Mechanismus této transformace byl však odhalen až ve Finkově díle.
Výše uvedené ukazuje, že vírová trubice stále skrývá mnoho záhad a že představy o jejím fungování, které existují po desetiletí, vyžadují radikální revizi.

6.4. Hypotéza protiproudu ve vírech

Vortexový pohyb obsahuje tolik neprobádaného, ​​že práce bude dost pro více než jednu generaci teoretiků a experimentátorů. A zároveň je vírový pohyb zřejmě nejběžnějším typem pohybu v přírodě. Všechna ta tělesa (planety, hvězdy, elektrony v atomu atd.), o kterých jsme v sekci 4.1 psali, že vykonávají kruhový pohyb, se totiž obvykle pohybují i ​​translačně. A když se sečtou jejich rotační a translační pohyby, výsledkem je spirálový pohyb.
Existují dva hlavní typy spirál: válcové spirálové spirály, o kterých jsme hovořili v části 4.3, a Archimédova spirála, jejíž poloměr se zvětšuje s počtem závitů. Takto vypadají spirální galaxie - největší víry v přírodě.
A superpozice rotačního pohybu podél Archimedovy spirály a translačního pohybu podél její osy také dává třetí typ spirály - kuželovou. Po takové spirále se pohybuje voda, která vytéká z vany do potrubí na jejím dně, a vzduch v tornádu. Plyn se v technických cyklonech pohybuje po stejné kuželové spirále. Tam se s každou otáčkou zmenšuje poloměr trajektorie částice.

Rýže. 6.6. Rychlostní profil volných ponořených proudů různého stupně zkroucení:
a - proud s přímým prouděním; b - slabě vířící proud; c - mírně vířící paprsek; d - silně vířící uzavřený proud; d - silně vířící otevřený proud; stěna; b - otvor ve zdi; с- hranice trysek; d - rychlostní profil v různých vzdálenostech od stěny; e - osa proudu; [Y je axiální rychlost.

Ale ve vířivém chladiči Finko, který má kónickou vířivou trubici, se obvodový proud plynu pohybuje po rozšiřující se kuželové spirále a protiaxiální proudění se pohybuje po zužující se. Tato konfigurace toků ve VT a technickém cyklonu je určena geometrií stěn zařízení.
Když jsme zvažovali vírovou trubici v části 6.2, napsali jsme, že zpětné axiální proudění v ní nastává, když je výstup plynu vzdáleným (horkým) koncem trubice částečně zablokován a je v něm vytvořen přetlak, který nutí plyn hledat druhý výstup z trubky. Toto vysvětlení výskytu protiaxiálního toku v VT je v současnosti obecně přijímáno.
Ale odborníci na vířivé proudy, které jsou široce používány například pro vytváření hořáků v hořácích tepelných elektráren, poznamenávají, že protiproud podél osy vířivého proudu nastává také při absenci stěn zařízení. Studie rychlostních profilů volných ponořených paprsků (viz obr. 6.6) ukazuje, že reverzní axiální proudění se zvyšuje s rostoucím stupněm zkroucení paprsku.
Fyzická příčina protiproudu nebyla objasněna. Většina odborníků se domnívá, že se objevuje proto, že se zvyšujícím se stupněm zkroucení paprsku odstředivé síly vrhají částice jeho plynu na periferii, v důsledku čehož se v ose paprsku vytvoří zóna vzácnosti, kde atmosférický vzduch spěchá,
umístěný vpředu podél osy proudnice.
Práce však ukazují, že zpětné proudění není spojeno ani tak se statickým tlakovým gradientem v paprsku, ale s poměrem tangenciální a axiální (axiální) složky jeho rychlosti. Například proudy tvořené vírníkem s tangenciálním lopatkovým aparátem, s úhlem lopatky 40-45°, mají velké vakuum v axiální oblasti, ale nemají zpětné proudění. Proč tam nejsou, zůstává pro specialisty záhadou.
Zkusme to rozluštit, nebo lépe řečeno vysvětlit jiným způsobem důvod vzniku axiálních protiproudů ve vířivých proudech.
Jak jsme opakovaně poznamenali, nejsnazší způsob, jak odstranit „přebytečnou“ hmotnostní energii ze systému nastaveného do rotace, je emitování fotonů. Ale to není jediný možný kanál. Můžeme také navrhnout následující hypotézu, která se zpočátku bude některým mechanikům zdát neuvěřitelná.
Cesta k této hypotéze byla dlouhá a vytvořila ji více než jedna generace fyziků. Také Viktor Schauberger, rakouský génius, lesník, který ve svém volném čase studoval fyziku, který ve 20. letech věnoval hodně času pochopení vírového pohybu, si všiml, že samovolným roztočením vody tekoucí do potrubí z vany čas na vyprázdnění vany se zkracuje. To znamená, že ve víru se zvyšuje nejen tangenciální, ale i axiální rychlost proudění. Mimochodem, tento efekt si již dávno všimli milovníci piva. Na svých soutěžích ve snaze dostat obsah láhve co nejrychleji do úst obvykle nejprve pivo v láhvi velmi silně zatočí, než ji nakloní zpět.
Nevíme, zda Schauberger miloval pivo (který Rakušan ho nemiluje!), ale snažil se vysvětlit tento paradoxní fakt tím, že ve víru se energie tepelného pohybu molekul v něm přeměňuje na kinetickou energie axiálního pohybu paprsku. Upozornil, že ačkoli takový názor odporuje druhému termodynamickému zákonu, nelze najít jiné vysvětlení a pokles teploty vody ve vířivce je experimentální skutečností.
Na základě zákonů zachování energie a hybnosti se obvykle soudí, že když se proudnice stáčí do podélného víru, přemění se část kinetické energie translačního pohybu výtrysku na energii jeho rotace a domnívají se, že v důsledku toho by se axiální rychlost paprsku měla snížit. To, jak je uvedeno například v, by mělo vést ke snížení dosahu volných ponořených proudů, když víří.
Navíc ve vodním stavitelství obvykle dělají maximum pro boj s turbulencí tekutiny v zařízeních pro její přepad a snaží se zajistit irotační laminární proudění. To je způsobeno skutečností, že, jak je popsáno například v, výskyt vírového provazce v proudu kapaliny má za následek vytvoření trychtýře na povrchu kapaliny nad vstupem do odtokové trubky. Nálevka začne energicky nasávat vzduch, jehož vstup do potrubí je nežádoucí. Kromě toho se mylně předpokládá, že vzhled nálevky se vzduchem, která zmenšuje podíl průřezu vstupního otvoru obsazeného kapalinou, také snižuje průtok kapaliny tímto otvorem.
Zkušenosti milovníků piva ukazují, že ten, kdo si to myslí, se mýlí: navzdory zmenšení podílu průřezu otvoru, který zabírá proud kapaliny, kapalina, když se proud otáčí, vytéká otvorem rychleji než bez rotace.
Pokud L. Gerbrand, o kterém jsme psali v části 3.4, usiloval o zvýšení výkonu vodních elektráren pouze napřímením toku vody k turbíně a postupným zužováním potrubí tak, aby voda nabývala co nejvyšší dopředné rychlosti , pak Schauberger vybavil zužující se potrubí šroubovými vodítky, které zkroutí proud vody do podélného víru, a na konec potrubí umístil axiální turbínu zásadně nové konstrukce. (Rakouský patent č. 117749 ze dne 10. května 1930)
Zvláštností této turbíny (viz obr. 6.7) je, že nemá lopatky, které u konvenčních turbín křižují proud vody a při jejím rozbití plýtvají velkou energií při překonávání sil povrchového napětí a adheze molekul vody. . To vede nejen ke ztrátám energie, ale také ke vzniku kavitačních jevů způsobujících erozi kovu turbíny.
Schaubergerova turbína má kónický tvar se spirálovitými lopatkami ve tvaru vývrtky, zašroubovávající se do vířivého proudu vody. Nepřerušuje tok a nevytváří kavitaci. Není známo, zda byla taková turbína někdy realizována v praxi, ale její návrh jistě obsahuje velmi slibné nápady.
Nás zde však nezajímá ani tak Schaubergerova turbína, jako spíše jeho tvrzení, že energii tepelného pohybu molekul vody ve vířivém proudění lze přeměnit na kinetickou energii vodního proudu. V tomto ohledu jsou nejzajímavější výsledky experimentů provedených v roce 1952 W. Schaubergerem spolu s profesorem Franzem Popelem na Technické vysoké škole ve Stuttgartu, které popisuje Joseph Hasslberger z Říma.
Při studiu vlivu tvaru kanálu potrubí a materiálu jeho stěn na hydrodynamický odpor vůči vířivému proudění vody v něm experimentátoři zjistili, že nejlepších výsledků se dosahuje s měděnými stěnami. Nejpřekvapivější však je, že u konfigurace kanálu připomínající roh antilopy se tření v kanále snižuje s rostoucí rychlostí vody a po překročení určité kritické rychlosti proudí voda se záporným odporem, to znamená, že je nasávána do kanálu a v něm zrychluje.

Rýže. 6.7. Schaubergova turbína

Hasslberger souhlasí se Schaubergerem, že zde vír přeměňuje teplo vody na kinetickou energii jejího proudění. Poznamenává však, že „termodynamika, jak se vyučuje na školách a univerzitách, neumožňuje takovou přeměnu tepla při nízkých teplotních rozdílech“. Nicméně, upozorňuje Hasslberger, moderní termodynamika není schopna vysvětlit mnoho dalších přírodní jev.
A právě zde může teorie pohybu pomoci pochopit, proč vířivý pohyb zajišťuje, zdánlivě v rozporu s převládajícími představami termodynamiky, přeměnu tepla vířivého toku hmoty na energii jejího axiálního pohybu podle vzorce (6.4). ). Zkroucení proudění ve víru nutí část tepla, které je součástí vnitřní energie systému, přeměnit na kinetickou energii translačního pohybu proudění podél osy víru. Proč po ose? Ano, protože pak se vektor rychlosti získaného translačního pohybu ukáže jako kolmý k vektoru okamžité tečné rychlosti rotačního pohybu částic v toku a nemění jeho hodnotu. V tomto případě je dodržen zákon zachování momentu hybnosti proudění.
Navíc zrychlení částic ve směru kolmém na směr jejich hlavního (kruhového) pohybu ve víru vede k relativistickému nárůstu jejich příčné, spíše než podélné hmotnosti. O potřebě odděleně brát v úvahu příčné a podélné hmotnosti elementárních částic* (To připomíná oddělený výpočet podélných a příčných Dopplerových jevů.) napsal hodně v počáteční fáze vznik STR (viz např. .) Totiž podélná hmota (odpovídající v tomto případě tangenciální rychlosti pohybu částic ve víru) určuje velikost odstředivých sil při kruhovém pohybu. Když se část vnitřní energie soustavy přemění na kinetickou energii osového (axiálního) pohybu těles v ní, odstředivé síly se nezvyšují. Proto se zdá, že energie vznikajícího axiálního pohybu zmizela z problému kruhového pohybu, který je matematicky ekvivalentní jeho odchodu z rotačního systému bez jakékoli emise fotonů.
Zákon zachování hybnosti soustavy ale vyžaduje, aby získalo-li vírové proudění axiální hybnost, nějaké jiné těleso (například těleso vírového aparátu) současně získalo impuls stejné absolutní hodnoty v opačném směru. V uzavřených vírových zařízeních, například ve vírových trubicích, a také když nedochází ke kontaktu vírového proudu se stěnami zařízení (jako v některých případech volně vířících trysek), axiální část toku, která má nižší tangenciální rychlost než obvodová část, je nucena získat zpětný impuls. Impuls zpětného rázu však může být unášen i axiálním (axiálním) tokem fotonů nebo neutrin generovaným při rotačním pohybu, o kterém bude řeč v jedenácté kapitole.
Takový je obecný obrys skutečný, z našeho pohledu, důvod výskytu protiproudu jak ve vířivých trubicích, tak ve vířivých tryskách.

Závěry ke kapitole

1 Atmosférické víry se vyznačují převážně pravotočivým pohybem vzduchu v nich a přítomností „oka bouře“ – centrální zóny pomalých pohybů nebo klidu.
2. Tornáda mají stále řadu záhad: ultravysoké rychlosti vzduchu a v nich uvězněné předměty, mimořádná zvedací síla převyšující tlakovou sílu proudění vzduchu, přítomnost záře atd.
3. Tepelná energie mas vlhkého vzduchu se přeměňuje na energii pohybu v atmosférických vírech. V tomto případě dochází ke koncentraci energie, která na první pohled odporuje principům termodynamiky.
4. Rozpor s termodynamikou je odstraněn, pokud předpokládáme, že atmosférické víry v souladu s požadavky teorie pohybu generují tepelné (infračervené a mikrovlnné) záření.
5. Objev ve 30. letech J. Ranqueta o efektu separace plynů ve vírové trubici do horkých blízkostěnných a studených axiálních vírových toků znamenal počátek řady nových směrů v technologii, ale stále nemá dostatečně úplné a konzistentní teoretické vysvětlení.
6. Díla V.E. Finko v 80. letech zpochybnil správnost některých obecně přijímaných představ o procesech ve vírové trubici: energetická bilance v ní, mechanismus protiproudé turbulentní výměny tepla atd.
7. V.E. Finko zjistil, že studený axiální protiproud ve vírové trubici má směr otáčení opačný než je směr otáčení hlavního (okrajového) proudu plynu a že plynová vírová trubice generuje infračervené záření pásmového spektra a někdy i modré záření vycházející z axiální zóny.
8. Umístění brzdy - usměrňovače proudu plynu - na horký konec vířivé trubice vede k
jak zjistil V.E. Finko, ke vzniku intenzivních zvukových vibrací v plynu, jehož rezonátorem je potrubí, a k jejich silnému zahřívání proudu plynu.
9. Je navržen mechanismus pro odvod tepla z axiálního protiproudu plynu ve vírové trubici do obvodového proudění v důsledku záření stimulovaného zrychlením rotace plynu axiálním tokem fotonů, které ohřívají stěny vírové trubice, a teplo se z nich přenáší do obvodového proudu plynu, který je oplachuje.
10. Axiální protiproud se vyskytuje nejen ve vírových trubicích, ale také ve volných vířivých tryskách, kde nejsou stěny aparatury, příčina tohoto není dosud zcela objasněna.
11. W. Schauberger ve 30. letech poukázal na to, že ve víru se část energie tepelného pohybu molekul v něm přeměňuje na kinetickou energii axiálního pohybu vodního paprsku, a navrhl toho využít.
12. Teorie pohybu vysvětluje Schaubergerův jev tím, že víření vodního toku způsobí, že část tepelné energie molekul, která je vnitřní energií toku, neopustí vířící tok ve formě záření. , ale k přeměně na kinetickou energii proudění ve směru kolmém na tangenciální rychlost kroucení podél osy vířivého proudění. To druhé vyžaduje zákon zachování momentu hybnosti toku. A zákon zachování hybnosti podél její rotační osy vyžaduje, aby kdy
V tomto případě se objevil buď protiproud, nebo se zrodilo axiální záření fotonů či neutrin, kompenzující změnu podélné hybnosti proudění.

Atmosféra naší planety není nikdy klidná vzduchové hmoty jsou v neustálém pohybu. Vzduchový element dosahuje nejvyšší síly v cyklónech – kruhových rotacích větru směrem ke středu. Bouře a hurikány jsou divoce rotující obří víry. Nejčastěji vznikají nad vyhřívanými oblastmi tropických zón oceánů, ale mohou vznikat i ve vysokých zeměpisných šířkách. Velmi rychlé víry tornáda jsou stále do značné míry záhadné.

Atmosféra Země je jako oceán, kde místo vody stříká vzduch. Pod vlivem solární radiace, reliéf a každodenní rotace planety, ve vzdušném oceánu vznikají nehomogenity. Regiony nízký krevní tlak nazývané cyklóny, zvýšené anticyklóny. Právě v cyklonech vznikají silné větry. Největší z nich dosahují v průměru tisíců kilometrů a jsou dobře viditelné z vesmíru díky mrakům, které je zaplňují. Ve svém jádru jsou to víry, kde se vzduch spirálovitě pohybuje od okrajů ke středu, do oblasti nízkého tlaku. Takové víry, které neustále existují v atmosféře, ale rodí se právě v tropech v Atlantiku a ve východní části Tichý oceán a dosahující rychlosti větru přes 30 m/s se nazývají hurikány. („Hurikán“ jménem indického boha zla Huracana). Aby se vzduch pohyboval takovou rychlostí, je potřeba velký rozdíl atmosférického tlaku na krátkou vzdálenost.

Podobné jevy v západní části Tichého oceánu, severně od rovníku, se nazývají tajfuny (z čínského „taifeng“, což znamená „velký vítr“), a v Bengálském zálivu se jim říká jednoduše cyklóny.

V tropická zóna Každý rok se vytvoří stovky cyklónů, ale ne všechny získají sílu hurikánu. Národní centrum pro hurikány na Floridě předpovídá pro nadcházející sezónu 11 silných bouří. Už mají v zásobě svá vlastní jména. Tradici pojmenování hurikánů založili v 16. století Španělé, kteří vlastnili Latinská Amerika. Říkali jim po svatých. Pak přišly do módy ženská jména, od 70. let pánské. Nápad převzaly meteorologické služby po celém světě, kromě jižní Asie.

Atlantik je velmi bouřlivý

Ve vysokých a polárních šířkách dochází k podobným vírovým jevům, pouze mechanismus jejich vzniku je odlišný. Extratropický cyklón přijímá energii od mocných atmosférická přední strana, kde se setkává studený polární vzduch s teplým vzduchem. K odvíjení takového systému dochází také v důsledku rotace Země. Průměr extratropických cyklón je větší než průměr tropických cyklón, ale jejich energie je menší.

Když rychlost větru v extratropickém cyklónu dosáhne 20 24 m/s (9 bodů na Beaufortově stupnici), je klasifikován jako bouře. Silnější vítr je vzácný. Pokud se hurikán přesto vytvoří například nad severním Atlantikem, pak zuří v oceánu a někdy zachytí pobřeží Evropy. V minulé roky Začaly se však objevovat výjimky. V prosinci 1999 postoupil nejsilnější hurikán Lothar, který vznikl právě ze severoatlantického cyklonu, do středu kontinentu, do Švýcarska. „Kirill“, který v lednu 2007 na několik dní paralyzoval životy Evropanů, pokrýval ještě větší území. Rychlost větru tam místy dosahovala 62 m/s.

V posledním desetiletí jsou extratropické cyklóny častěji klasifikovány jako bouře a hurikány a změnily se i jejich trajektorie. Jestliže se dřívější atmosférické deprese, které vznikly nad severním Atlantikem, hnaly přes Velkou Británii a Skandinávský poloostrov k Severnímu ledovému oceánu, nyní začaly směřovat na východ a na jih a přinášely silné větry a vydatné srážky do středu Evropy a dokonce i Ruska. Tyto skutečnosti naznačují, že pravděpodobnost silných bouří se zvyšuje a měli bychom být připraveni na prvky jako Kirill.

Tornádo zničilo obytnou čtvrť ve městě Kvirla ve východním Německu v noci 2. října 2006

Lidé a hurikány: Válka světů

Kinetická energie jednoho silného hurikánu je obrovských 1,5 x 10 12 wattů, což je polovina výrobní kapacity všech elektráren na světě. Někteří vývojáři dlouho snili o tom, že to nasměrují užitečným směrem, ale informace o tom jsou na úrovni fám. Údajně existují tajné laboratoře, které vyvíjejí meteorologické zbraně a dokonce je testují. Jedním z mála oficiálních potvrzení, že se v tomto směru pracuje, je zpráva Weather as a Force Multiplier: Owning the Weather in 2025, zveřejněná před časem na webu US Air Force. Má kapitolu o kontrole počasí pro vojenské účely. Mezi hlavní úderné schopnosti meteorologických zbraní patří řízené bouře. Americká armáda zná svou „bojovou sílu“ z první ruky: v roce 1992 hurikán Andrew zničil základnu Homestead na floridském poloostrově. Myšlenka řízených bouří by však měla být považována spíše za fantazii než za projekt. Hurikány dosud nebyly ovládány lidmi.

Aby přírodním živlům odolali, navrhli spoustu způsobů, včetně těch exotických – odhánět je od břehu pomocí obřích ventilátorů nebo je roztrhat vodíkovou bombou. V experimentu Stormfury, který provedli američtí vědci v letech 1960–1980, byl v oblasti hurikánu rozprášen jodid stříbrný. Předpokládalo se, že tato látka přispívá k zamrzání podchlazené vody, v důsledku čehož se uvolňuje teplo a v oblasti oka hurikánu zesílí déšť a vítr a ničí strukturu celého víru. . Ve skutečnosti se ukázalo, že v tropických cyklónách je příliš málo podchlazené vody a efekt rozstřikování je minimální. S největší pravděpodobností pomohou preventivní opatření, jako je změna parametrů konkrétní atmosférické deprese, ze které se hurikán rodí. Například chlazení hladiny oceánu kryogenními materiály nebo ledovcem, rozprašování sazí nad vodou, aby absorbovaly sluneční záření (aby se voda neohřívala). Přece musí existovat nějaký spoušťový mechanismus, který náhle stočí vítr do zběsilé spirály. Právě zde leží klíč k ovládání živlů a schopnosti přesně předpovědět místo a čas zrodu hurikánu. Pouze specialisté to nedokážou nijak odhalit, a proto pokusy zabránit posilování víru nevedou k úspěchu.

V atmosféře jsou malé víry zvané tornáda. Vznikají v bouřkových mracích a táhnou se směrem k vodě nebo zemi. Tornáda se vyskytují téměř všude na Zemi, ale nejčastěji, asi 75% případů, je jejich výskyt zaznamenán ve Spojených státech. Američané jim říkají „tornáda“ nebo „twistery“, což znamená jejich zběsilou rotaci a složitou trajektorii. V Evropě je stejný jev známý jako „trombus“.

O tornádách je spousta faktů, začaly se studovat konec XIX století. (Dokonce můžete vytvořit mini-tornádo ve svém vlastním domě umístěním ventilátoru nad vířivku.) Stále však neexistuje ucelená teorie jejich původu. Podle nejrozšířenější představy tornáda vznikají v nadmořské výšce prvních kilometrů, když se teplý vzduch přicházející zdola setká se studeným horizontálním větrem. To například vysvětluje, proč na velmi chladných místech, jako je Antarktida, kde vzduch na povrchu není teplý, nejsou tornáda. K urychlení víru k vysoká rychlost Je také nutné, aby atmosférický tlak uvnitř prudce klesl. Tornáda často doprovázejí tropické cyklóny. Takový párový hurikán s tornádem způsobuje obzvláště krutou destrukci. Vyskytuje se několik tornád za sebou. Takže v dubnu 1974 se v USA a Kanadě během 18 hodin objevilo 148 tornád. Zemřelo více než tři sta lidí.

Typicky je tornádo ve tvaru sloního chobotu visícího z bouřkového mraku. Někdy to vypadá jako trychtýř nebo sloup. Po zachycení vody, písku nebo jiných materiálů z povrchu se tornádo stane viditelným. Šířka průměrného tornáda je několik set metrů, rychlost pohybu je 1020 m/s. Žije několik hodin a urazí desítky kilometrů. Silný vichr nasaje jako obří vysavač vše, co mu přijde do cesty, a rozmetá to desítky kilometrů po okolí. O zázračných deštích se traduje mnoho úsměvných historek, například z ovoce nebo medúz. V roce 1940 ve vesnici Meshchery v Gorkém kraji spadly z nebe stříbrné mince, které si tornádo „vypůjčilo“ z mělkého pokladu. Jednou ve Švédsku vichřice, která náhle vletěla na stadion přímo uprostřed bandy zápasu, zvedla brankáře jednoho z týmů spolu s brankou a opatrně je posunula o několik metrů, aniž by způsobila újmu. I když chvíli před tím rozbil telegrafní sloupy jako zápalky a rozbil několik dřevěných budov na kusy.

Energie tornáda je menší než energie hurikánů, ale jeho rychlost větru je mnohem vyšší a může dosáhnout 140 m/s. Pro srovnání: tropické cyklóny nejvyšší, páté, kategorie na americké stupnici hurikánů Saffir-Simpson začínají s rychlostí větru 70 m/s. Hůl, dostatečně roztočená tornádem, může prorazit kmen stromu a kláda může narazit do domu. Pouze 2 % tornád dosahují ničivé síly, a přesto jsou jejich průměrné roční škody na ekonomikách postižených zemí velmi velké.

A co globální oteplování?

Vědci poznamenávají, že v Atlantiku se střídají období aktivity hurikánů a tornád s relativním klidem. Počet atmosférických vírů, zejména silných hurikánů (v průměru 3,5 ročně), se v letech 1940–1960 a od roku 1995 do současnosti zvyšoval. Síla současných větrů a oceánských bouří udivuje i zkušené námořníky. Někteří vědci považují nejnovější vzplanutí atmosférické aktivity za dlouhodobé a spojené s globálním oteplováním. Jiní obhajují jeho souvislost s cykly sluneční aktivity. Obě verze zatím nebyly potvrzeny, naopak v planetárním měřítku nebyl zaznamenán nárůst počtu tropických cyklón.

Nicméně otázka, jak se změní aktivita hurikánů průměrná roční teplota planeta zůstává otevřená. Proto přesné předpovědi tropické cyklóny jsou důležitější než kdy jindy. Používají se k nim nejmodernější prostředky: vesmírné družice, letadla, bóje napěchované elektronikou, radary, superpočítače. Informací je mnoho: všechny hurikány jsou zaznamenávány, sledovány a upozorňovány na možné nebezpečí. Včasné varování a evakuace jsou dnes jediným účinným způsobem boje s živly.

Innokenty Senin

Aktivní ovlivnění počasí je zásah člověka do průběhu atmosférických procesů tím, že technickými prostředky na krátkou dobu změní určité fyzikální nebo chemické vlastnosti v některé části atmosféry. Patří sem srážení deště nebo sněhu z mraků, zamezení krupobití, rozhánění oblačnosti a mlh, zeslabování nebo eliminace námrazy v přízemní vrstvě vzduchu atd.

Lidé se snažili změnit počasí již od pradávna, ale teprve ve 20. století byly vyvinuty speciální technologie pro ovlivňování atmosféry, které vedou ke změnám počasí.

Seedování mraků je nejběžnějším způsobem změny počasí; používá se buď k vytvoření deště v suchých oblastech, ke snížení pravděpodobnosti krupobití – vyvolání deště, než se vlhkost v mracích promění v kroupy, nebo ke snížení srážek.

Materiál byl připraven na základě informací RIA Novosti a otevřených zdrojů

METODA OVLÁDÁNÍ POČASÍ. Lidé vždy sní o ovládání počasí. To znamená, že chceme, aby déšť dané intenzity padal v čase a na místě, které potřebujeme. Také chceme, aby bylo v létě teplo slunečné počasí byl ve správný čas a na správných místech, aby nebylo sucho, a v zimě, aby nezuřily sněhové bouře a mrazy. Chceme hurikány a bouře, tornáda a tornáda, tajfuny a cyklóny, pokud se jich nedokážeme zbavit, tak se všechny tyto atmosférické jevy alespoň vyhýbají našim městům a osadám. To se spisovatelům sci-fi ve svých dílech dlouhodobě daří. Je opravdu možné ovládat počasí? Z lidského hlediska může být počasí příjemné nebo ne. Ale to je samozřejmě subjektivní hodnocení. Pohodlné počasí pro obyvatele například Afriky se může kvůli zvýšené atmosférické teplotě zdát Evropanovi nesnesitelné. Pro ledního medvěda, zvyklého na drsné klima Arktidy, se evropské léto už zdá být nesnesitelné. Obecně platí, že počasí na naší planetě Zemi závisí na slunečním teplu, které do ní vstupuje. Dodávka tohoto tepla na povrch planety závisí především na zeměpisné šířce. Ale počasí na každé konkrétní oblasti zemského povrchu není jen její teplota, ale také teplota přilehlé atmosféry. Atmosféra je náladová dáma. Svůj podíl tepla přijímá nikoli ze Slunce, ale ze zemského povrchu a málokdy stojí na jednom místě. Je to atmosféra se svými větry, hurikány, cyklóny, anticyklóny, tajfuny, tornády a tornády, která všude vytváří to, čemu říkáme počasí. Stručně lze říci, že počasí je tvořeno vertikálními víry atmosféry na povrchu Země. Ovládání počasí znamená především naučit se ovládat atmosférické víry. Je možné tyto víry ovládat? V některých zemích jihovýchodní Asie jsou najímáni čarodějové a jasnovidci, aby kvůli bezpečnosti letu rozháněli mraky nad velkými letišti. Je nepravděpodobné, že by dostali peníze za nečinnost. V Rusku nenajímáme čaroděje a jasnovidce, ale už víme, jak vyčistit mraky nad letišti a městy. To samozřejmě ještě nelze nazvat „kontrolou počasí“, ale ve skutečnosti je to první krok tímto směrem. Reálné akce k rozehnání mraků se v Moskvě provádějí již o květnových svátcích a ve dnech vojenských přehlídek. Tato opatření nejsou pro stát levná. Na jejich rozprášení do mraků se spotřebují stovky tun leteckého benzinu a desítky tun drahých chemikálií. Všechny tyto chemikálie a produkty spáleného benzínu se přitom nakonec usazují na území města a jeho okolí. Hodně trpí i naše dýchací cesty. Rozhánět mraky nebo naopak vyvolat déšť na určitém místě je ale možné s mnohem nižšími náklady a prakticky bez poškození životního prostředí. Nemluvíme samozřejmě o čarodějích a jasnovidcích, ale o možnostech s pomocí moderní technologie vytvářet v atmosféře víry s požadovaným směrem rotačního pohybu. Na konci 70. let minulého století jsme s mým přítelem (Dmitrijem Viktorovičem Volkovem) na vlastní náklady prováděli experimenty na vytvoření možného pulzního proudového motoru. Hlavním rozdílem mezi navrhovaným vynálezem a již známými řešeními podobného motoru bylo použití rázových vln a jejich víření ve speciální vírové komoře. (Více podrobností ve stejné části Samizdatu v článku: „Pulzní proudový motor“). Experimentální uspořádání sestávalo z vírové komory a nabíjecí trubice, která byla na jednom konci tangenciálně zašroubována do válcové stěny vírové komory. To vše bylo připevněno ke speciálnímu zařízení pro měření impulsního tahu. Vzhledem k tomu, že naším cílem byl motor, je přirozené, že jsme se snažili získat maximální impulsní tah a na počasí se dívali pouze jako na možnou překážku. Za tímto účelem byla v nabíjecí trubici provedena série výbuchů střelného prachu. Zároveň byla zvolena optimální délka nabíjecí trubice, tloušťka jejích stěn (aby nedošlo k protržení) a další parametry. Pozornost jsme věnovali také tomu, jak směr víření práškových plynů ve vířivé komoře ovlivňuje tah. Ukázalo se, že při otáčení ve směru hodinových ručiček (jako v anticyklonu) je tah o něco větší. Proto jsme v dalších experimentech použili pouze anticyklonové víření. Jeden malý problém nás donutil opustit otáčení proti směru hodinových ručiček (jako v cyklonu) - práškové plyny z výfuku byly z experimentální instalace stlačeny k zemi v kruhu. Samozřejmě jsme nechtěli dýchat práškové plyny. Na začátku prosince 1979 jsme prováděli naše experimenty téměř týden. Bylo mírné zimní počasí. Najednou přišly 20stupňové mrazy a naše zimní pokusy musely být zastaveny. Nikdy jsme se k nim nevrátili. VNIIGPE také přispěla k zapomenutí našich experimentů svými rozhodnutími o odmítnutí po téměř roce korespondence. Od té doby uplynulo více než 30 let. Nyní, když jsme analyzovali výsledky těchto experimentů, vyvstaly otázky a předpoklady: 1. Bylo marné, že jsme přestali zkoumat vířící práškové plyny pomocí explozivních rázových vln? 2. Nebylo to naše anticyklónové víření, co způsobilo ty mrazy? 3. Nezpůsobilo by cyklonální víření srážky? Odpovědi na výše položené otázky jsou mi jasné. Samozřejmě se v těchto studiích muselo pokračovat, ale stát se o naše experimenty nezajímal, a jak se říká, nemohli jsme si dovolit takové experimenty provádět soukromě. Samozřejmě, že ty mrazy nebyly způsobeny našimi pokusy. Pár gramů střelného prachu v nabíjecí trubici nedokázalo roztočit zimní anticyklonu a příroda se pak obešla bez naší pomoci. Ale na druhou stranu je známo, že jakékoli poruchy v zemské atmosféře se šíří na velké vzdálenosti, jako vlny na povrchu vody. Je také známo, že za určitých podmínek jsou vertikální atmosférické víry schopny superrotace, tedy samourychlování. Pokud totiž nebudete stíhat impulsní tah a uděláte na naší instalaci malou konstrukční změnu, řádově zvýší její parametry a zároveň způsobí roztočení nikoli jednotlivými explozivními impulsy z několika gramů střelného prachu, ale s dávkami slepých nábojů, například z automatické rychlopalné zbraně, je pak záporná odpověď na druhou otázku bez experimentálního ověření jednoduše nepřiměřená. Odpověď na třetí otázku položenou výše je podobná předchozí odpovědi. Nikolaj Matvejev.

Popište atmosférický nebezpečné jevy(cyklóny, tajfuny, hurikány, bouře, vichřice, vichřice, tornáda, silné srážky, sucha, mlhy, náledí, vánice, mrazy, mrazy, bouřky, bouřky).

Žijeme na dně velkého oceánu vzduchu, který se nachází po celé zeměkouli. Hloubka tohoto oceánu je 1000 km a nazývá se atmosféra.

Větry jsou takzvaná „směšovací zařízení“, poskytují:

Výměna mezi znečištěným a čistým vzduchem;

Nasycení polí a lesů kyslíkem, teplé a studené arktické oblasti:

Rozhánějí mraky a přinášejí dešťové mraky na pole, která produkují plodiny, takže vítr je nejdůležitější složkou života.

Plynné prostředí kolem Země, které s ní rotuje, se nazývá atmosféra. Nerovnoměrné vytápění přispívá k obecný oběh atmosféra, která ovlivňuje počasí a klima Země.

Atmosférický tlak je rozložena nerovnoměrně, což vede k pohybu vzduchu vzhledem k Zemi z výšky na nízkou. Vítr je pohyb vzduchu vzhledem k zemskému povrchu, který je výsledkem nerovnoměrného rozložení atmosférického tlaku a směřuje z oblasti vysoký tlak do nízké zóny.

Síla větru závisí na tlakovém gradientu: čím větší je rozdíl v atmosférickém tlaku a čím blíže jsou interagující oblasti, tím rychleji se tlakový rozdíl vyrovnává a tím vyšší je rychlost větru.

Směr větru závisí na:

Relativní pozice vysokých a nízký tlak;

Rotace Země;

V roce 1806 vyvinul anglický admirál Bafart stupnici pro stanovení síly větru v bodech. Tato stupnice se používá dodnes.

Vítr začíná páchat škody rychlostí asi 20 m/s. Rychlost větru se počítá jak v metrech za sekundu, tak v kilometrech za sekundu. Vynásobením první hodnoty koeficientem 3,6 dostaneme druhou hodnotu (v obrácené operaci funguje stejný koeficient jako dělitel).

Člověk se drží na nohou při rychlosti větru až 36 m/s. Při rychlosti větru 44 m/s by se nikdo neodvážil opustit místnost. Jakmile tlak větru, který se rovná druhé mocnině rychlosti, překročí hmotnost člověka, jeho síly se změní, vítr ho zvedne a unese.

Pro člověka je nejpříznivější rychlost větru v horkých dnech, kdy je málo oblečený, 1-2 m/s. Při rychlosti větru 3-7 m/s se objevuje podráždění. Silný vítr více než 20 m/s způsobuje narušení životních funkcí.

Beaufortova stupnice pro určení síly větru

Povětrnostní podmínky fungují jako klimatizace, která udržuje naši planetu obyvatelnou. Jsou hnací silou, která přenáší teplo a vlhkost z jednoho místa na druhé a může vytvářet silné výbuchy energie.

Povětrnostní systémy– to jsou kruhové oblasti vířivých proudů vzduchu šířka od 150 do 400 km. Jejich tloušťka se velmi liší, dosahuje 12-15 km a nachází se prakticky po celé výšce troposféry (atmosférická vrstva nejblíže Zemi). Tloušťka jiných, menších a rychle se pohybujících systémů nepřesahuje 1-3 km.

Povětrnostní systémy se vyznačují změnami tlaku vzduchu a také různými větry.

Hlavní lineární (tlakové) systémy jsou cyklóny a anticyklóny. Anticyklóna je oblast vysokého atmosférického tlaku s klesajícím proud vzduchu s maximem uprostřed. Cyklón je oblast nízkého tlaku se stoupajícími proudy vzduchu s minimem ve středu. Proto se cyklóny vyznačují oblačným počasím.

Anticyklony, jako oblast vysokého atmosférického tlaku, se obvykle vyznačují stabilním počasím, které se nejčastěji několik dní výrazně nemění. Vítr vane ve směru hodinových ručiček kolem středu na severní polokouli a proti směru hodinových ručiček na jižní polokouli. Na synoptických mapách jsou anticyklóny znázorněny jako soustředné izobary (čáry spojující oblasti stejného tlaku) kolem středu s nejvyšším tlakem.

Anticyklony jsou obvykle charakterizovány slabým větrem a jasnou oblohou. Absence mraků znamená, že teplo vyzařované povrchem během dne uniká do vesmíru. V důsledku toho se půda a povrchový vzduch v noci rychle ochladí. V zimě způsobuje ochlazení mráz, když je ve vzduchu vlhkost, mráz nebo mlha. K vývoji těchto povětrnostních jevů přispívají slabé větry v oblasti tlakové výše. Pokud by byla silná, mohla by promíchat vzduchové hmoty a povrchové ochlazení by se rozšířilo do mnohem hlubších vrstev vzduchu.

Teplý a studený vzduch se mísí s obtížemi. Teplý vzduch proudící ve vlnách na polární frontě proto spíše proudí proudem studeného hustého vzduchu, než aby se s ním mísil. Studený vzduch následuje teplý vzduch a tak vzniká cyklón. Obvykle jsou uvnitř cyklónu 2 fronty: teplá fronta odděluje přicházející proudění teplého vzduchu od studeného. V tomto případě teplý vzduch stoupá nad vrstvu studeného, ​​hustého vzduchu před námi. Ve stoupajícím ochlazeném vzduchu dochází ke kondenzaci vodní páry a vzniku mraků. Následuje teplá fronta studená fronta. Podél této fronty se studený vzduch tlačí pod vrstvu teplého vzduchu a způsobuje jeho vzestup. Studená fronta proto přináší i zatažené, deštivé počasí. Studená fronta se pohybuje rychleji než teplá fronta, což způsobí, že se nakonec srazí a vytlačí teplý vzduch vzhůru.

Meteorologové pečlivě studují sled povětrnostních podmínek spojených s cyklóny. Tato znalost je nesmírně důležitá pro předpověď počasí. Například tenké cirrové mraky na horní úrovni následované šedou dešťové mraky nižší úroveň. Tyto mraky obvykle nesou déšť, který padá několik hodin před příchodem teplé fronty.

Za teplou frontou je oblast teplého vzduchu s inherentní oblačností a vlhkostí.

Následuje studená fronta, kde se díky stoupajícímu proudění vzduchu vyskytují bouřky. Silný déšť často padá podél okraje studené fronty, obvykle na kratší dobu než za podmínek teplé fronty. Po přechodu studené fronty většinou nastává jasné, chladné počasí.

V důsledku přírodních procesů probíhajících v atmosféře jsou na Zemi pozorovány jevy, které představují bezprostřední nebezpečí a brání fungování lidských systémů. Mezi atmosférická nebezpečí patří cyklóny (hurikány, tajfuny), bouře (bouře), tornáda (tornáda), kroupy, vánice, lijáky, led, mlha, blesky.

Cyklony mohou být:

1. Obyčejné (netropické), které vznikají v důsledku vzájemného působení front studeného a teplého vzduchu.

2. Tropické, které mají různá jména:

- „hurikán“ - jméno je spojeno se jménem boha bouří mezi starověkým mayským lidem, nazývaným obyvateli Spojených států. Střední a Jižní Amerika.

- „tajfun“ přeložený z čínštiny jako „velmi velký vítr“, nazývají obyvatelé Ruska (Dálný východ), Austrálie, Koreje, Číny, Indie, Japonska. Zvláštní ironií je, že tajfuny a hurikány dostávají ženská jména.

Tropické cyklóny

V domovině hurikánů, v tropech, jsou vzduchové hmoty vysoce zahřáté a nasycené vodní párou - teplota povrchu oceánu v těchto zeměpisných šířkách dosahuje sedmadvacet až dvacet osm stupňů Celsia. V důsledku toho vznikají silné vzestupné proudy vzduchu a uvolňování v něm uloženého slunečního tepla a kondenzace par v něm obsažených. Proces se vyvíjí a roste, výsledkem je jakási obří pumpa - sousední masy stejně teplého a parou nasyceného vzduchu jsou nasávány do trychtýře vzniklého na počátku tohoto čerpadla a tím se proces rozšiřuje ještě více, zachycuje více a více nových oblastí na povrchu oceánu.

Když vypustíte vodu z vany odtokovým otvorem, vytvoří se vířivka. Přibližně totéž se děje se vzduchem stoupajícím vzhůru u počátku cyklónu - začíná rotovat.

Obří vzduchové čerpadlo funguje dál, na jeho trychtýřovitém vršku kondenzuje stále více vlhkosti a uvolňuje se stále více tepla. (Američtí meteorologové spočítali: během jednoho dne lze vyzvednout nahoru přes milion tun vody - ve formě páry, kterou je povrchová vrstva atmosféry nepřetržitě nasycena; energie uvolněná při kondenzaci za pouhých deset dní by byla dost pro tak vysoce industrializovaný stát, jako jsou USA, na šest let!). Předpokládá se, že průměrný cyklón uvolňuje přibližně stejné množství energie jako 500 000 atomové bomby s pádem moci nad Hirošimou. Atmosférický tlak ve středu vznikajícího cyklónu a na jeho okraji se stává nerovným: tam, ve středu cyklónu, je mnohem nižší a důvodem je prudký pokles tlaku silné větry, který se brzy vyvine v hurikány. V prostoru o průměru tři sta až pět set kilometrů začínají nejsilnější větry svou zběsilou smršť.

Po vzniku se cyklóny začnou pohybovat průměrnou rychlostí 10-30 km/h, někdy se mohou nějakou dobu vznášet nad oblastí.

Cyklony (pravidelné a tropické) jsou velké víry o průměru: pravidelné od 1000 do 2000 km; tropická od 200 do 500 km a nadmořská výška od 2 do 20 km.

Vzduchové hmoty se pohybují v oblasti cyklonu ve spirále a stáčejí se směrem k jejímu středu (proti směru hodinových ručiček na severní polokouli, naopak na jižní polokouli) rychlostí:

Pravidelně ne více než 50-70 km/h;

Tropické 400-500 km/h

Ve středu cyklóny je tlak vzduchu nižší než na periferii, a proto se vzduchové hmoty pohybují po spirále směrem ke středu, kde pak stoupají vzhůru a vytvářejí silnou oblačnost.

Pokud je uprostřed:

Pro konvenční cyklon je tlak vzduchu ve srovnání s atmosférickým tlakem (760 mm r.s.) 713-720 mm r.s.;

Poté v centru tropického cyklónu tlak klesne na 675 mm r.s.

Ve středu tropického cyklónu se nachází oblast nízkého tlaku s vysokou teplotou o průměru 10-40 km, kde vládne klid - oko tajfunu.

Každý rok Zeměkoule Vzniká a plně se rozvíjí nejméně 70 tropických cyklón.

Když se tropický cyklón (tajfun, hurikán) přiblíží k pobřeží, unese před sebou obrovské masy vody. bouřková šachta doprovázený silnými prší A tornáda. Snáší se na pobřežní oblasti a ničí vše, co mu stojí v cestě.

Příklad

V roce 1970 došlo k tajfunu. která prorazila ústí řeky Gangy (v Indii) a zaplavila 800 000 km 2 pobřeží. Rychlost větru byla 200-250 m/s. Mořská vlna dosáhla výšky 10 m. Zemřelo asi 400 000 lidí.

Dnes existují moderní metody předpověď tropických cyklónů (tajfuny, hurikány). Každý podezřelý shluk mraků, kde se neobjevil, je vyfotografován meteorologickými družicemi z vesmíru a k „oku tajfunu“ létají letadla meteorologických služeb, aby získala přesná data. Tyto informace jsou vloženy do počítačů, aby vypočítaly cestu a trvání tropického cyklónu (tajfunu, hurikánu) a předem informovaly obyvatelstvo o nebezpečí.

Hurikán

Hurikán je vítr o síle 12 bodů (až 17 bodů) na Beaufortově stupnici, tzn. při rychlosti 32,7 m/s (přes 105 km/h) a dosahuje až 300 m/s (1194 km/h)

Hurikán– silný atmosférický vír malého rozsahu, ve kterém vzduch rotuje rychlostí až 100 m/s. Má tvar pilíře (někdy s konkávní osou otáčení) s trychtýřovitými nástavci nahoře a dole. Vzduch se otáčí proti směru hodinových ručiček a zároveň spirálovitě stoupá, vtahuje prach, vodu a různé předměty. Hurikán na souši se nazývá bouřka a u moře bouřka. Hlavní charakteristiky hurikánů jsou:

Rychlost větru;

Cesty pohybu;

Rozměry a konstrukce;

Průměrná doba trvání akcí.

Nejdůležitější charakteristikou hurikánů je rychlost větru. Z tabulky níže (na Beaufortově stupnici) můžete vidět vztah mezi rychlostí větru a názvem režimů. Průměrná rychlost hurikánu na Ukrajině je 50-60 km/h.

Velikosti hurikánů se velmi liší. Obvykle se za jeho šířku považuje šířka zóny katastrofické destrukce, kterou lze měřit ve stovkách kilometrů. Hurikánová fronta dosahuje délky až 500 km. Hurikány se vyskytují v kteroukoli roční dobu, ale častější jsou od července do října. Ve zbývajících 8 měsících jsou vzácní, jejich dráhy jsou krátké.

Průměrná doba trvání hurikánu je 9-12 dní. Na Ukrajině hurikány netrvají dlouho, od několika sekund do několika hodin.

Hurikán je téměř vždy dobře viditelný, když se přiblíží, je slyšet silný bzučivý zvuk.

Hurikány jsou jednou z nejsilnějších přírodních sil. Pokud jde o jejich škodlivé účinky, nejsou horší než takové hrozné přírodní katastrofy jako zemětřesení. To se vysvětluje skutečností, že nesou kolosální energii. Jeho množství uvolněné průměrným hurikánem během jedné hodiny se rovná energii jaderný výbuch na 36 mgt.

Hurikán představuje trojí hrozbu pro lidi, kteří se mu ocitnou v cestě. Nejničivější jsou vítr, vlny a déšť.

Často jsou lijáky doprovázené hurikánem mnohem nebezpečnější než samotný hurikánový vítr, zejména pro ty lidi, kteří žijí na pobřeží nebo v jeho blízkosti. Hurikán vytváří na pobřeží vlny vysoké až 30 m, může způsobit lijáky a později způsobit vznik epidemie, například hurikánový bouřkový příliv, shodný s normálním přílivem, způsobil gigantickou povodeň na pobřeží Indie v r. 1876, během kterého se vlna zvedla o 12-13 m Asi 100 000 lidí se utopilo a téměř tolik jich zemřelo na následky zuřivé epidemie.

Když se hurikán rozšíří nad mořem, způsobí obrovské vlny o výšce 10-12 metrů a více, které poškodí nebo dokonce vedou ke smrti lodí.

Největší nebezpečí během hurikánu hrozí od předmětů zvednutých ze země a roztočených na velkou rychlost. Na rozdíl od bouří se hurikán pohybuje v úzkém pásu, takže se mu lze vyhnout. Stačí určit směr jeho pohybu a pohybovat se opačným směrem.

Hurikánový vítr ničí silné a demoluje lehké budovy, devastuje osetá pole, láme dráty a sráží elektrické a komunikační vedení, poškozuje dálnice a mosty, láme a vyvrací stromy, poškozuje a potápí lodě, způsobuje havárie na inženýrských a energetických sítích ve výrobě. Byly případy, kdy hurikánové větry ničily přehrady a přehrady, což vedlo k velkým povodním, shazovalo vlaky z kolejí, rvalo mosty z podpěr, sráželo tovární komíny a vyplavovalo lodě na břeh.