|
геометрических параметров на процессы в трубке, что также противоречит опытам. К наиболее представительной и логичной можно отнести третью группу гипотез, которые часто объединяют как гипотезы радиальных потоков Хилша-Фултона. Представители этой группы за основу эффекта принимают наличие в камере энергетического разделения двух основных потоков энергии: потока кинетической энергии, направленного от центра к периферии, и потока тепла, направленного в противоположную сторону. Основные положения этой гипотезы состоят в следующем. Втекая через сопло, газ образует в сопловом сечении интенсивный круговой поток, который вращается по закону свободного вихря Vv г ~const‘. По мерс продвижения вдоль трубы этот поток под действием сил трения перестраивается в вынужденный вихрь. В результате внутреннего трения происходит уменьшение угловых скоростей внутренних слоев и увеличение угловых скоростей внешних слоев. Это обуславливает возможность перехода механической энергии от центра к периферии и выравнивает угловые скорости по всему сечению. В то же время вследствие более высоких значений статической температуры у периферии вихря по сравнению с центральными слоями существует поток тепла, имеющий противоположную направленность. Однако полученные в экспериментах эффекты охлаждения примерно в три раза превосходят расчетные по данной гипотезе. Таким образом, гипотеза радиальных потоков не в состоянии объяснить основное столь высокие эффекты охлаждения. Если учесть и то, что по гипотезе Фултона прямоточная трубка эффективнее нротивоточной, то становится очевидна ее несостоятельность. Самой представительной и наиболее достоверной можно считать гипотезу взаимодействия вихрей, процесс энергоразделения в которой рассматривается с позиций взаимодействия двух перемещающихся в противоположных направлениях вихрей: периферийного, вращающегося по 43 |
32 * * Теоретические обоснования Ж. Ранка основаны на условии равновесия элементарного объема газа в поле центробежных сил. Ж. Ранк пришел к выводу, что с ростом радиуса, как следует из уравнения равновесия и адиабаты, градиент давления растет интенсивнее градиента плотности. Тогда с ростом радиуса по уравнению состояния должна возрастать температура. Однако расчетный градиент температуры по теории Ранка получается в шесть раз ниже экспериментального. Поэтому Французская академия наук была вынуждена признать результаты Ранка недействительными, хотя ошибочной была физико-математическая модель, которая не соответствовала внешнему критерию оправдания. Ряд авторов использует для объяснения эффекта метод, известный в термодинамике как «демон Максвелла». В этом методе основной упор делается на передислокацию «быстрых» и «медленных» молекул у максвеллбольцмановского газа с соответствующим равновесным распределением. Передислокация приводит к тому, что более «быстрые» молекулы дислоцируются в периферийной области, а более «медленные» в приосевой, что приводит к эффекту энергоразделения. Молекулы обладают различной кинетической энергией, поэтому и проникающая способность в направлении положительного градиента давления у них различна. «Быстрые» молекулы перемещаются к периферии, увеличивая тем самым у этих слоев термодинамическую температуру. Такое предположение прогнозирует линейное распределение статической температуры по сечению трубы. Однако опыты показывают наличие максимума у кривой распределения температуры. Модели этого направления исключают влияние геометрических параметров на процессы в трубке, что также противоречит опытам. К наиболее представительной и логичной можно отнести третью группу гипотез, которые часто объединяют как гипотезы радиальных потоков Хилша-Фултона. Представители этой группы за основу эффекта принимают наличие в камере энергетического разделения двух основных потоков энер 33 * I * гии: потока кинетической энергии , направленного от центра к периферии, и потока тепла, направленного в противоположную сторону. Основные положения этой гипотезы состоят в следующем. Втекая через сопло, газ образует в сопловом сечении интенсивный круговой поток, который вращается по закону свободного вихря Уф г = const. По мере продвижения вдоль трубы этот поток под действием сил трения перестраивается в вынужденный вихрь. В результате внутреннего трения происходит уменьшение угловых скоростей внутренних слоев и увеличение угловых скоростей внешних слоев. Это обуславливает возможность перехода механической энергии от центра к периферии и выравнивает угловые скорости по всему сечению. В то же время вследствие более высоких значений статической температуры у периферии вихря по сравнению с центральными слоями существует поток тепла, имеющий противоположную направленность. Однако полученные в экспериментах эффекты охлаждения примерно в три раза превосходят расчетные по данной гипотезе. Таким образом, гипотеза радиальных потоков не в состоянии объяснить основное столь высокие эффекты охлаждения. Если учесть и то, что по гипотезе Фултона прямоточная трубка эффективнее противоточной, то становится очевидна ее несостоятельность. Самой представительной и наиболее достоверной можно считать гипотезу взаимодействия вихрей, процесс энергоразделения в которой рассматривается с позиций взаимодействия двух перемещающихся в противоположных направлениях вихрей: периферийного, вращающегося по закону потенциального вихря, и приосевого, вращающегося как квазитвердое тело. Основные положения гипотезы состоят в следующем. При втекании вязкого сжимаемого газа через сопло-завихритель в камере энергетического разделения образуются два движущихся в противоположные стороны вихря: периферийный, текущий от сопла к дросселю, вращающийся по закону потенциального кругового потока Vp r=const, и приосевой, перемещающийся в |