Все мы знаем, что скорость истечения воды из сопла или насадка не может превысить некоторый предел, установленный законом сохранения энергии.
Первым физиком, определившим количественное соотношение между высотой столба воды (H) и скоростью её истечения (V) был итальянец Торричелли (1641 г).
Сегодня мы интерпретируем формулу Торричелли следующим образом: V^2=2gH.
Потенциальная энергия столба жидкости mgH полностью превращается в кинетическую энергию струи (mV^2)/2.

Берём один из лучших советских справочников - 6 томный Справочник Машиностроителя (издание 1955г.) - раздел Гидравлика. Истечение воды через насадки в атмосферу.
Смотрим истечение через отверстие в тонкой стенке. Всё также, как у Торричелли.
Смотрим истечение через коноидальное сопло - тот же результат.
Максимальная скорость водяной струи на выходе из сопла практически равна скорости свободного падения камня с высоты, равной высоте напора воды.

Все другие сопла и насадки дают меньший результат, в смысле выходной скорости.
Например, используя расширяющийся конический насадок, мы получим скорость струи на ВЫХОДЕ из насадка В РАЗЫ МЕНЬШУЮ, чем по закону сохранения энергии (ЗСЭ).
Это само по себе несколько странно (куда подевалась потенциальная энергия).
Но ещё более странно то, что скорость струи в ГОРЛЕ такого насадка может ЗНАЧИТЕЛЬНО превышать теоретический предел, установленный законом сохранения энергии.

Не верится ? Тогда - примеры из Справочника Машиностроителя.
Расширяющийся конический насадок с углом раскрытия 10 градуса и отношением длины насадка к входному диаметру (L/d) = 9,8. Коэффициент расхода насадка (по таблице) - он же коэффициент скорости - 0,32. Это значит, что скорость струи на ВЫХОДЕ из этого конического насадка в ~3 раза меньше скорости по формуле Торричелли (V=0,32(2gH)^0,5). Следовательно, кинетическая энергия струи в ~9 раз меньше потенциальной энергии в горле насадка ?
Соотношение выходной и входной площадей поперечного сечения данного насадка 7,4. Соответственно - во столько же раз скорость в горле будет больше скорости на выходе насадка (закон неразрывности потока). А это значит, что скорость струи в горле сопла в 2,36 раза превышает скорость по формуле Торричелли.
Берём другой насадок из таблицы Справочника Машиностроителя с углом раскрытия 7,5 градуса и с отношением L/d = 14,7. Унего более пологий и более длинный диффузор. Находим в таблице справочника коэффициент скорости на выходе насадка - 0,29, а коэффициент скорости в горле насадка (после пересчёта) - 2,48. Подсчитываем энергию струи и обнаруживаем, что в горле такого простого насадка кинетическая энергия струи превысила максимально допустимый уровень, разрешённый ЗСЭ, в ШЕСТЬ с лишним раз.
Откуда же взялся такой значительный прирост энергии ???

Оказывается, экспериментально установлено, что в горле расширяющегося насадка “статическое” давление падает значительно ниже атмосферного - вплоть до давления насыщенных паров воды (технический вакуум). В такой ситуации атмосфера всей своей мощью “впихивает” воду в горло насадка.
То есть, можно предположить, что помимо напора воды в разгоне струи принимает участие давление атмосферы. Каким-то странным образом атмосферное давление помогает разгону струи на входе вплоть до горла, но не препятствует истечению после горла – не тормозит выходной поток в диффузоре.

Практически все исследователи истечений через сопла и насадки в один голос утверждают, что диффузор на выходе коноидального сопла значительно увеличивает расход жидкости.
Но, к сожалению, мало кто из специалистов прямо говорит об аномально высокой скорости в горле сопла. Да и как говорить-то, это же в корне противоречит ЗСЭ.
Поэтому и умалчивают об этой аномалии – иначе не напечатают.
Приятное исключение - книга Б.Н. Сиова "Истечение жидкости через насадки" Москва, Машиностроение, 1968 г.
Сиов, на основе проведённых им экспериментов, установил, что скорость струи в горле сопла Вентури (коноидальное сопло на входе и конический диффузор на выходе) может в 2,5 раза превышать предел, установленный ЗСЭ, естественно при вполне определённых параметрах сопла.
Что это означает практически ? А вот что.
При высоте плотины 1,5 метра, используя эффект разгонного диффузора, мы можем получить скорость струи, такую же, как на обычном водоводе у плотины высотой 10 метров, то есть 14 м/сек.
Понятно, что следующий вполне логичный шаг – поставить насос, возвращающий воду на высоту 1,5 метра.
Пусть КПД такого насоса будет 70 % (это вполне реально, например, для насосов фирмы Сименс). Тогда поток воды окажется закольцован, а в качестве движущей силы будет работать напор воды (1,5 м водяного столба) и напор атмосферы (10 м водяного столба), поскольку давление в горле насадка будет почти нулевым.
Вот такая получается гидро–атмосферная электростанция с самотёком.

Здравствуйте! Не могли бы Вы вкратце просветить, в чем заключается "бонусность" такого обтекания?

При малых углах атаки поток воды или воздуха отклоняется на малый угол. Поэтому в соответствии с законом сохранения количества движения, сила, действующая на крыло должна быть существенно меньше, чем при больших углах атаки. Это по теории того же Ньютона. Но в действительности, сила на крыле не только не слабеет, но почему-то, даже увеличивается при правильном профиле крыла. Это - первый бонус

Второй бонус возникает в том случае, если наше крыло движется перпендикулярно потоку. В этом случае скорость набегающего на крыло потока увеличивается в несколько раз благодаря векторному сложению скоростей потока и лопатки. А поскольку аэродинамическая сила растёт в квадрате от скорости, то выигрыш в силе получается также в квадрате.

Какую силу Вы имеете ввиду, вертикальную (вверх) или общую? Если вертикальную, то все понятно, если общую, - тоже понятно, т.к. при увеличении угла атаки из общей подъемной силы крыла вычетается горизонтальная составляющая подъемной силы, и вертикальная составляющая уменьшается. (ИМХО)

Добавлено (10.04.2011, 12:00)
---------------------------------------------

Но ведь самолет или судно (на подводных крыльях) имеют взаимодействие только с одной средой, поэтому, перпендикулярное течение среды они не воспринимают, т.к. движутся вместе с этим течением. Складывать векторы в данном случае, мне кажется, не корректно (ИМХО). Парусник - другое дело, киль, конек, колесо - не позволяют транспортному средству двигаться в направлении истинного ветра (бокового ветра), поэтому, оно движется только в том направлении, в котором ему "позволено".

Видите, как легко запутаться в простейшей, казалось бы, ситуации.
Не подумайте, что я с иронией. Нет - нисколько.
В теории ветряного двигателя с какого-то боку присутствует Су (подъёмная сила) и Сх (сила лобового сопротивления). Между тем, реальная аэродинамическая сила, действующая на лопасть ветряка НЕ ИМЕЕТ составляющей, направленной ПРОТИВ движения лопасти. Есть тяговая составляющая, в плоскости вращения и есть составляющая, перпендикулярная плоскости вращения. Но нет никакого Сх, толкающего лопасть против вращения.
Жуковский, Бетц и Чаплыгин в своих математизированных трудах, почему-то этого не понимают. В результате, запутывают и себя и доверившихся им инженеров.
Вот и Вы пишите "из общей подъемной силы крыла вычитается горизонтальная составляющая подъемной силы". Но это же справедливо только для самолётного крыла, которое не предназначено для толкания самолёта вперед. Для тянущей лопасти ветровой или гидравлической турбины - это совсем даже - несправедливо. Это просто- ошибка.
Согласитесь, что аэродинамическая сила, возникающая на парусе, имеет только две составляющие. Одна из них - сила тяги, другая - сила крена. Больше никаких составляющих аэродинамической силы у паруса (и у лопатки турбины) нет.
Ну просто вообще - нет.

Но это не единственный "косяк" академика Жуковского и его знаменитой школы.
Ещё одно академическое предположение Жуковского в том, что удельная сила на лопасти ветряка не может быть больше скоростного напора (ро V квадрат пополам).
А она (сила) об этом не знает и спокойно себе нарушает модель академика.
На крыльевой решётке удельная (на кв. м) сила может в три раза превышать величину скоростного напора. И это настоящая жизнь, а не академическая абстракция.
Вот незгибаемый Войцех уже много лет и пытается это доказать на своих самолётах.
Честь ему и хвала.

Вот таким физическим абсурдом наполнены все учебники высшей школы, в том числе и зарубежные. Какое же к ним может быть доверие ?
Доверять можно только результатам достоверных экспериментов. Слава богу, старые технические справочники содержат информацию о фактически проведённых экспериментах. В новых уже и этого нет. В таблицах - вместо экспериментальных результатов - результаты математического моделирования.

А вы хотите, чтобы я слепо верил в законы сохранения...

Я в общем - то и имел ввиду самолетное крыло. А если говорить о лопасти ветряка, тогда ДА, отрицательной тяговой составляющей нет, вернее, ПОЧТИ нет. При большом угле атаки на малых оборотах (например, если дать большую нагрузку), работает фактически одна сторона лопасти, обращенная к ветру, и то с небольшим крутящим моментом. А с обратной стороны лопасти поток будет срываться. Кроме того, отброшенный лопастью воздух на таком режиме может давить на обратную сторону соседней лопасти, следующей за ней, что будет создавать противоход вращению (Но это при совсем безобразном расчете конструкции). Но такой ветряк может эффективно работать на больших оборотах ротора, т.к. угол отброса воздуха будет меньше и за счет включения вымпельного ветра, при котором начинает работать обратная сторона лопасти (направление ее работы будет перпендикулярно вымпельному ветру). Ветряк с малым углом атаки лопасти, наоборот, будет лучше крутить на не больших оборотах ротора, т.к. работают обе стороны лопасти, причем, обратная сторона тянет лучше (если выполнена в виде самолетного крыла), чем толкает наветренная. Но, если раскрутить такой ветряк быстрее расчетной скорости, то обратная сторона лопасти (подветренная) будет упираться в вымпельный ветер. Он и есть Сх, толкающий лопасть против вращения. Вот так я понимаю этот процесс.

Добавлено (10.04.2011, 18:09)
---------------------------------------------

Попробую с Вами не согласиться. Парус судна и лопатку турбины нельзя ставить в равные условия. Сожалею, что пока не могу обосновать свое несогласие.

У несгибаемого Войцеха кроме самолетов есть еще несколько проектов очень эффективных ветрогенераторов. Например 10-киловатный генератор имеет диаметр всего полтора метра и турбину совсем небольшого размера, которая раскручивается не очень сильным ветром до нескольких тысяч оборотов в минуту. Также он рассказывает, что знает как раскрутить воздушную турбину совсем без ветра.

Очень интересно. Viknik, дайте, пожалуйста, ссылку. Особенно про без ветра.

О Войцехе О.Г. до посещения выставки "Архимед-2011" я ничего не знал. Сайта у него нет. Ссылки на его печатные работы, которые мне удалось найти в сети, я приводил в посте #65. Ссылок на журналы "Инженер", "Интеграл" и "Самолет", где есть его статьи, найти пока не удалось. Информация о принципиальной возможности создания ветрогенератора "без ветра" получена на выставке от него лично , хотя подробностей он не раскрыл. Связаться с ним наверное можно по e-mail, который был указан на каждом выставочном плакате - voiceh@infoline.su

Добавлено (03.07.2011, 12:33)
---------------------------------------------
http://renegade.su/_fr/0/-1.doc
Судя по рисунку сила тяги параллельна продольной оси корпуса яхты. А вымпельный ветер показан по отношению к истинному курсу. Разве в этом случае сила тяги не должна быть параллельна истинному курсу яхты?