Тръба на Вентури - дифузорен ефект

[технократ]

Пружините са ТРИ - две са отдолу и една е горе. Махаме едната пружина отдолу, т. е. правим вакуум и така остават една пружина горе и една пружина долу.

Хе Хе, точно с две пружини отдолу и една отгоре, е аналога на вакума. Какви ги плещиш

[Иван Димов]

   Понеже не мога да го изпея, ще го нарисувам - прилагам файл. Имаме въображаема тръба, пълна с въображаеми топчета, действащи със сила на тежестта G върху въображаем зелен капак без тегло. Атмосферното налягане действа отгоре и отдолу на тръбата с равните по големина сили в червено. На схемата съм дал два възможни варианта. При първия вариант долната червена сила си действа, докато при втория вариант тя е нула. Двата варианта съответстват на опита по горе в темата, първият вариант е само с дюзата, докато при втория вариант освен дюзата има и разширяваща се тръба, т. е. има вакуум (липса на налягане).
   А защо се получава вакуумът също е пределно ясно. Според уравнението на Бернули, където има скорост, налягането пада или, колкото скоростта е по-голяма, толкова налягането е по-ниско. Към пониженото налягане до струята се ускорява околния въздух и за да спрем този въздух слагаме разширяващата се тръба като така налягането пада още повече. Нещата са съвсем прости, а и опитът го показа това с различните времена на изтичане. Така че, дори технически неграмотен човек може да се сети и да си направи такава установка.

п. п. Силата F3 е аналог на налягането. Виждаме как при втория вариант, силата F3 е по-голяма от същата сила F3 за първия вариант, т. е. при втория вариант налягането е по-голямо.

[технократ]

А защо се получава вакуумът също е пределно ясно. Според уравнението на Бернули, където има скорост, налягането пада или, колкото скоростта е по-голяма, толкова налягането е по-ниско

А така, добре си го проумял, а сега се запитай, откъде идва по голямата скорост на изтичане на флуида, не идва ли от потенциала на водният стълб, и така всичко си идва на мястото, няма никакво СЕ, има го само в нечие въображение.

[Иван Димов]

   И този път не позна. Скоростта идва само от водния стълб, когато няма сложена разширяваща се тръба (дифузор), т. е. имаме само дюзата. Като сложим дифузора и налягането вече се определя от водния стълб плюс разликата от въздушното налягане горе и долу. С други думи, при наличие на дифузор налягането е по-голямо и е равно на сумата от налягането на течността плюс атмосферното налягане горе. Включи малко мисъл!
п. п. Говорим за налягането вътре в дъното на тръбата преди дюзата. Това налягане става по-голямо и затова течността изтича по-бързо при втория опит с дифузора.

[Ksurnev]

Да се намеся малко. В дифузора има воден стълб, чието тегло изсмуква допълнително количество отгоре.
Ква енергия, кви 5 лева?
Това се учи по хидравлика в техникумите.

[Иван Димов]

   Ами то това е още един плюс. Гравитацията и силите на привличане между частиците водят до това изсмукване, но хайде, нека дюзата е хоризонтално насочена - прилагам схема на цялата електроцентрала. Най-ляво долу съм дал класическата рисунка за формулата на Торичели. Съд, течност с плътност р и височина на водния стълб h, а земното ускорение е g. Дал съм скоростта на изтичане колко е. Това е схемата без дифузор, а само с дюза. Двете червени стрелки символизират атмосферното налягане, него никой не го е отменял и скоростта на изтичане зависи само от височината на водния стълб, т. е. от "водното" налягане. ...... Но когато сложим дифузора, той отменя атмосферното налягане и червената стрелка долу се смалява (вакуум). Горната червена стрелка обаче си остава и натиска. Сега налягането вътре се определя освен от "водното" налягане, още към него се прибавя и атмосферното горе. С други думи, благодарение на дифузора повишихме налягането вътре. Един вид, създадохме пречка на атмосферното налягане да натиска струята долу, поне докато се засили достатъчно и чак най-накрая тя излиза и завърта турбината. По-нататък е ясно - помпата вдига водата отново горе и цикъла се повтаря. Енергията е над 100%. Да речем КПД = 1.6 примерно.

[технократ]

   И този път не позна. Скоростта идва само от водния стълб, когато няма сложена разширяваща се тръба (дифузор), т. е. имаме само дюзата. Като сложим дифузора и налягането вече се определя от водния стълб плюс разликата от въздушното налягане горе и долу. С други думи, при наличие на дифузор налягането е по-голямо и е равно на сумата от налягането на течността плюс атмосферното налягане горе. Включи малко мисъл!
п. п. Говорим за налягането вътре в дъното на тръбата преди дюзата. Това налягане става по-голямо и затова течността изтича по-бързо при втория опит с дифузора.

Глупости, като сложиш дифузера, по закона на бернули налягането пада но за сметка на потенциала на водният стълб. Пак си измисляш твои истории. Този плюс си го изсмукал от пръстите.

[технократ]

Да се намеся малко. В дифузора има воден стълб, чието тегло изсмуква допълнително количество отгоре.
Ква енергия, кви 5 лева?
Това се учи по хидравлика в техникумите.

Правилно, приключвам с бълнуванията на иван, то с радиоточка човек може да се надпреказва, ама с иван не може. Едно си баба знае едно си бае.

[epwpixieq-1]

Мисля че автора на филмчето са самозаблуждава, няма повече енергия, и в това технократ е прав:

Като сложиш дифузора, се получава разлика в налягането, от което течноста изтича по бързо, но напора и ще е по кратковременен, и ще се равнява на енергията на по бавно изтичане без дифузерът, но за по продължително време, така че като вържеш турбина на изхода, ще имаш едно и също количество енергия със или без този дифузер.

Също като него не мисля че тук се печели енергия точно защото се прави грешка между енергия и разхода на енергия за единица време, или по стриктно казано се объркват понятията между Joule (общата енергия) и Joule/second (разход на общата енергия за единица време).

При този опит трябва да се гледа агрегатната енергия, която е изразена в движението на водната маса от точка А до точка Б ( релативното движение на тази маса ), а не разхода на енергия, като общата енергия ще зависи от скоростта и от времето за което това движение се извършва, като масата е една и съща. Така при положение че имаме 2x по-висока скорост, то ние ще имаме 2x по-малко време за извличане на тази 2x енергия получена от една и съща движещата се (в случая водна) маса. Или по стриктно казано (потенциалната) енергия винаги е ( да кажем ) 10 J. В първия случай тя е се изразходва за 10 секунди, в зависимост от съотношенията на силите на налягане, гравитация и импеданса при отговора, тоест разхода и е 1J/s, във втория да кажем за 5 секунди при 2x скорост на водата ( като се вижда че импеданса при отвора е променен ), и така разхода е 2J/s.

Или казано по един много образен начин, който съм го споменавал и преди, няма проблем някой да разреди кондензатор през себе си със енергия от 10 J за 10 секунди, като това няма да се усети но виж при разреждане на 10 J за 0.001 секунди, не знам дали потърпевшия ще остане жив след това.  Енергията (агрегатната) е една и съща, но разхода за единица време е много различен.

[Иван Димов]

   Ох-ох-ох, с логорея и графомания наука не се прави. Науката не е локум, че да го разтягаш както си искаш. Науката е логика, т. е. правилно мислене.
   Сега се съсредоточете. Правим физичен опит в два варианта и сравняваме резултатите от тези два варианта. И двата варианта на опита имат една и съща начална подготовка - пълним съд с 10 литра вода като за целта харчим една и съща енергия. Следва отваряне на дюзата долу и водата изтича както го показа Белецкий. При първия вариант изтичането става само през дюзата, а при втория вариант освен дюзата има и дифузор. Засичаме времето на изтичане на водата и за двата варианта. Съвсем ясно се видя, че времето на изтичане при втория вариант (с дюза и дифузор) е по-малко с около 30% от времето за изтичане при първия вариант (само с дюзата).
   Така, опитът е изпълнен и сега анализираме. За целта първо мислим логично, а чак след това се мъчим да оборим доводите на опонента. Значи вложили сме еднаква входна енергия за да напълним съда с 10 литра вода. Сега да видим изходната колко е. Да припомним за тези, които не знаят - кинетичната енергия е равна на масата по скоростта на квадрат върху две. В нашия случай масата е една и съща и за двата варианта - около 10 килограма. Щом времето на изтичане при втория вариант (с дюза и дифузор) е с 30% по-малко, значи скоростта на изтичане е по-голяма. Ако приемем, че скоростта на изтичане при първия вариант е 1, то скоростта на изтичане при втория вариант ще е 1.43 и сега ще вдигаме на квадрат за да получим кинетичната енергия. Значи 1.43 на квадрат е 2.04, което ще рече, че енергията на изтичане при втория вариант е два пъти по-голяма.
   Ехо-о-о! Събудете се, СЕ-то е тук!
п. п. И си преговорете как се смята дебит - делим обема на течността на времето за изтичане. Ако дебитът е два пъти по-голям, значи и скоростта е два пъти по-голяма, когато сечението на дюзата е едно и също.

[Ksurnev]

Има по-чист опит. Слагаме една малка помпа с два маткуча. Пускаме я да помпи вода примерно от кофа и да я връща в същатта. На изходния маркуч слагаме дюзата и мерим тока на мотора. Повтаряме опита с тръбата на Вентури и сраяняваме.
Най-добре е системата да е обезвъздушена. Просто и логично.
Ако тока спадне - имаме далавера.

[Радико]

Ксурнев малко са ти погрешни разсъжденията. За да разбереш къде отговори на въпроса същата тазипомпа както върти водата и си и сложил ампермера и той показва нещо, примерно 5 ампера. Какво ще покаже ампермера ако запушиш изхода на помпата? А какво ще покаже ако запушиш входа на помпата?

[epwpixieq-1]

Иван Димов, първо искам да ви благодаря за коментара, понеже ме накарахте да се замисля по-дълбоко (отколкото предполагах), като в крайна сметка формулите не грешат (доколкото те изразявате реални физични взаимодействия разбира се) а само нашите презумции за тях, и условията в които ги прилагаме може да са подвеждащи.

Правим физичен опит в два варианта и сравняваме резултатите от тези два варианта. И двата варианта на опита имат една и съща начална подготовка - пълним съд с 10 литра вода като за целта харчим една и съща енергия. Следва отваряне на дюзата долу и водата изтича както го показа Белецкий. При първия вариант изтичането става само през дюзата, а при втория вариант освен дюзата има и дифузор. Засичаме времето на изтичане на водата и за двата варианта. Съвсем ясно се видя, че времето на изтичане при втория вариант (с дюза и дифузор) е по-малко с около 30% от времето за изтичане при първия вариант (само с дюзата).
 

До тук съм съгласен с вас

Значи вложили сме еднаква входна енергия за да напълним съда с 10 литра вода. Сега да видим изходната колко е. Да припомним за тези, които не знаят - кинетичната енергия е равна на масата по скоростта на квадрат върху две. В нашия случай масата е една и съща и за двата варианта - около 10 килограма. Щом времето на изтичане при втория вариант (с дюза и дифузор) е с 30% по-малко, значи скоростта на изтичане е по-голяма. Ако приемем, че скоростта на изтичане при първия вариант е 1, то скоростта на изтичане при втория вариант ще е 1.43 и сега ще вдигаме на квадрат за да получим кинетичната енергия. Значи 1.43 на квадрат е 2.04, което ще рече, че енергията на изтичане при втория вариант е два пъти по-голяма.

Сега тук е важно да анализираме нашите виждания. Според позната формула Е=1/2*m*V², безспорно имаме 2 повече енергия отколкото в първия случай и това може да се получи директно когато се съобрази че в първия случай ние имаме скорост V=1m/1s, а във втория V=1m/0.7s, и тази енергия е извлечена за 30% по малко време ( а не за 50% по малко, което би изравнило общата енергия ). Безспорно във втория случай имаме по-ефективна флуидна динамика отколкото във първия и точно затова виждаме по-висока скорост на предвижване на флуидната маса (водата). Точно затова и в моя коментар споменах термина "импеданс"  при отвора на изтичане на водата (като този импеданс може да се приложи за цялостната система). Грешката която мисля че се прави е да приема че в първия случай имаме максимално (най-ефективно) превръщане на потенциалната енергия на водната маса в кинетична, без да съобразяваме факторите (и изобщо тяхното съществуване) които намаляват ефективността на това превръщане ( най-вече посредством намаляване на скоростта ), а това не е така, тоест тези фактори винаги съществуват, даже и да не ги отчитеме директно във формулите.

Сега да постулираме че Еp е потенциалната енергия на водния стълб която при един 100% ефективен процес, много важно условие, може да се превърне в кинетична Ек, като и при такава 100% ефективност на трансформация Ер = Ек.

Да кажем че първия експеримент Е₁, енергията което се изчислява по формулата Е₁=1/2*m*V₁² (като V₁ е скоростта в първия случай ), ние имаме импеданс при отвора Z₁ (взаимствам нотацията от ел. уравненията). Много е важно да се подчертае че този импеданс е комплексна променлива която влияе върху скоростта.. Тоест може да се запише че V=f(Z). И така, при втория експеримент Е₂=1/2*m*V₂², с импеданс при отвора Z₂. Определено, когато се отчете времето, виждаме че имаме "повече енергия" във втория случай, но това не изобщо значи че това е СЕ (каквото и това да е разбира, макар че можеби тук е проблема). Единственото което може да заключим, логически, е че Z₁ > Z₂, или че импеданса във втория случай е по-малък точно затова имаме по-ефективно превръщане на потенциалната енергия в кинетична.

Много пъти съм казвал че СЕ ( каквото и това да значи за повечето колети ) много се бърка с по-ефективна преобразователна система. Ефекта който се дискутира тук се знае много отдавна, и даже Тесла многократно го споменава като нещо което спомага за нарастване на ефективността на турбината му. Даже на дискутираното видео самия презентатор споменава за използването на този ефект за повишаване на КПД на турбините: https://www.youtube.com/watch?time_continue=1602&v=C3qBtn3sBSE&feature=emb_logo&t=26m30s

[Радико]

Не мога да кажа какъв точно ще бъде ефекта на това устройство при постоянен поток, но при прекъснат непостоянен поток на газове се използва отдавна и ефективността му е доказана. Става въпрос за спортни ауспуси за състезателни автомобили.  Добавянето на подобен дифузьор на подходящо място в изпускателната система увеличава мощността със десетина конски сили.

[Иван Димов]

   Браво и на тримата. Започваме да разсъждаваме. Идеята на Ksurnev е добра. Аз доколкото съм запознат, стандартните помпи са с асинхронни двигатели, които поддържат почти постоянни обороти и правят почти постоянно налягане. Следователно, колкото е по-голям дебитът им, толкова по-голяма мощност ще консумират, т. е. ще гълтат повече ток при постоянно мрежово напрежение. Така че, като сложим дифузора, дебитът ще се увеличи и ще харчим повече ток. Този опит е добре да се направи и с турбинка за да се види точно какво е положението.
   Що се отнася до теорията. Няма нужда да гледаме как протича процеса на експеримента. Достатъчно е да сравним началната енергия с крайната енергия. Началната енергия за двата варианта на опита на Белецкий е една и съща. Крайната енергия обаче е различна. При първия вариант имаме тези около 3 литра, ускорени до скорост, условно приета за 1, а при втория вариант същите 3 литра са с по-висока скорост, някъде около 1.43, сметнато при 30% по-малко време. Във формулата за дебита в знаменател имаме 0.7 (това е намаленото време) и понеже дебит и скорост са пропорционални, за скоростта получаваме 10/7 или 1.43 условни единици. Вдигаме тази скорост на квадрат и пак се повтарям - енергията е двойна. То това може да се съобрази и по друг начин - гледаме моята схема по-горе на цялата електроцентрала. Нека горе съдът с водата да е с херметически капак отгоре и така в този "балон" можем да вдигнем налягането да речем до 10 атмосфери. Значи долу помпата ще вдига вода от атмосферно налягане (1 атм.) до налягане 10 атмосфери при даден дебит. Мощността на помпата ще е дебит Ф по разликата в налягането вход/изход, т. е. 10 - 1 = 9. Помпата ще харчи условно 9.Ф мощност. Сега да видим какво става при турбината - там имаме струя засилена от 10 атмосфери към по-малко от 1 атм. понеже дифузора прави вакуум. Нека приемем, че водата "скача" от 10 атм. до 0 атм. и дебитът Ф е същия. Тогава мощността на струята при турбината ще е 10.Ф, т. е. повече от мощността 9.Ф на помпата. ... Сега някой може да възрази, че след дифузора налягането също е 1 атм. Да, но струята вече се е ускорила в зоната на вакуума и не може да бъде така бързо спряна от атмосферното налягане извън дифузора, още повече, че това налягане действа странично на струята, а не челно - челно са лопатките на турбината. По същество спиращата роля на атмосферното налягане се дължи на триенето между водната струя и въздуха, който се ускорява докато забавя скоростта на струята.