Как стать автором
Обновить

Вакуумные струйные насосы: устройства простые на вид, но таинственные по физике работы

Время на прочтение22 мин
Количество просмотров2.2K
Всего голосов 18: ↑17.5 и ↓0.5+17
Комментарии11

Комментарии 11

Ничего не понял, но очень интересно!

Уважаемый автор, мы же имеем ввиду банальнейший эффект вентури? Скрытый за многословием Вашей статьи? Или я неправ?

Нет, я имел ввиду то, что если вы что то назовёте "Эффектом имени Кого-то", то это не является объяснением самого эффекта.

Эффект надо объяснять по законам физики, а не ссылками на давно умерших "авторитетов".

Именно такое объяснение я и дал эффекту, который пока просто наблюдали и использовали, но не стремились объяснять.

Точнее «водоструйный вакуумный насос» с незатопленной струёй в диффузоре создаёт совсем незначительное разряжение, далёкое от нужного вакуума с абсолютным давлением в 1-2кПа (1-2% от атмосферного давления 1 бар).

До сих пор  нет однозначной общепринятой версии объяснения  такого  захвата воздуха скоростной струёй.

При этом в рамках существующей Кинетической теории газов (КТГ) это также не может быть объяснено.

Удивительно, но да. Кинетическая теория газов объясняет только поведение газов, но не их взаимодействие с жидкостями.

Кстати, падение капель росы по теории КТГ должно быть стремительным

Напомню главную проблему вас как теоретика СТГ. И, более обще - главную проблему любого альтернативщика.

Вы не умеете пользоваться общепринятой теорией.

Вы не можете, пользуясь математическим аппаратом КТГ, показать её внутреннюю противоречивость. Вы не можете провести опровергающий КТГ опыт (так опровергались чуть ли не все научные теории). Вы не можете предложить свою теорию, которая бы объясняла то, что КТГ объяснить не может. Всё, что вы можете - это называть её ошибочной, никак не доказав это ни математически, ни на практике.

Если вы собрались что-то опровергать, то слово "стремительный" вам не подходит. Точно так же, как не подойдут любые качественные оценки.

Вот вы утверждаете, что падение должно быть стремительным. А стремительное - это сколько? Десять метров в секунду? Метр в секунду? Сантиметр в секунду? Миллиметр в секунду? Вы не знаете. Потому что вы не можете взять учебник, посчитать и сказать: вот формула из учебника, вот расчёт по ней, вот полученный результат, а вот моё наблюдение за туманом.

И тогда станет понятно: если из модели следует скорость сантиметр в секунду, а на практике мы наблюдаем микрон в секунду, то что-то не так с моделью. А если вы сравниваете измеренную скорость с абстрактным представлением о стремительности - извините, это не наука.

=======

По этой теории молекулы газа на границе с жидкостью влипают в жидкость, отталкивая следующий ряд молекул газа от поверхности жидкости. 

Интересно, что схожий аргумент выдвигают лунные конспирологи - но и они не, не понимая теорию, садятся в лужу. Один из их аргументов состоит в том, что после посадки лунный модуль должен быть покрыт поднятой при посадке пылью, но на фотографиях этого нет. Казалось бы, очевидно, что поднятые клубы пыли... А нет там клубов. Потому что любая малая пылинка, выбитая струей двигателя из лунного грунта, не встречает сопротивления воздуха (за неимением такового) и летит по баллистической траектории, причём вверх она лететь не может - там собственно модуль. Поэтому и упасть сверху на модуль она не может.

Так вот, к чему я это. Пыль. Пыль, поднятая в воздух, в этом самом воздухе висит. Точно так же, как висит вода. И точно так же висит взвесь в воде, очень медленно оседая. Причём скорость оседания зависит от размера частицы. Поэтому получается одно из двух. Либо газ облепляет и твёрдые частицы тоже (и да, в случае взвесей вода тоже должна уметь облеплять), либо теория неверна, и скорость падения будет соответствовать расчётной по КТГ.

И ещё один интересный момент. Вы и свою СТГ посчитать не можете. Вы не пробовали посчитать объём слоя в одну молекулу? Потому что при струе хотя бы в 0,1 мм в ней помещается ( по линии диаметра) сотни тысяч молекул воды диаметром 0,3 нм, на которых сидят две (одна на одном конце, другая на другом) молекулы азота или кислорода (основные компоненты воздуха). Что как-то не вяжется с тем, что первый найденный насос сосет 400 литров воздуха на 170 литров воды.

И да, я всё ещё жду следующую статью с опровержением газовой центрифуги.

  1. Я не обязан опровергать чужую теорию, но я имею право выдвигать ДРУГУЮ теорию, которая объясняет некоторые эффекты лучше, чем предыдущая "общепринятая".

  2. Стремительно- это почти как кирпич в вакууме.

  3. Среди лунных конспирологов две фракции: Моглики и НЕмоглики, у обеих фракций только косвенные аргументы. Первые ВЕРЯТ, а вторые пытаются доказать несовершенства техники, граничащие с неосуществимостью проекта....Вы про которых?

  4. Характеристики вакуумного насоса по вашей ссылке - это чистое враньё. Честные характеристики говорят про 1 л воздуха за 6 минут для лабораторных образцов, а расход воды аж 10л/минуту или 600л/ч.

  5. Как можно опровергнуть центрифугу? Это просто механическое изделие, которое вполне себе существует. Или вы про что-то другое?

которая объясняет некоторые эффекты лучше, чем предыдущая "общепринятая".

Для начала вам нужно показать это "лучше". Расчетами. Расчет по КТГ, расчет по СТГ, эксперимент. У вас нет ни того, ни другого, ни третьего. Так наука не делается.

Стремительно- это почти как кирпич в вакууме.

Так сколько конкретно, в метрах в секунду? Что показали расчеты?

Честные характеристики говорят про 1 л воздуха за 6 минут для лабораторных образцов, а расход воды аж 10л/минуту или 600л/ч.

Ссылку на модель можете дать?

Ну и само по себе завышение на два порядка звучит очень сомнительно даже для рекламы.

Как можно опровергнуть центрифугу?

Почему центрифуга разделяет изотопы одного газа, не разделяет разные газы и при чём тут диффузия водорода по градиенту в атмосфере- это тема следующей статьи

И где?

  1. Эксперимент у меня есть, даже целая серия. Но они вам не нравится.

  2. У меня есть перекрёстный расчёт по данным одного учебника данных другого учебника, дающий не менее шокирующий результат, чем обсчёт эксперимента.

  3. По КТГ ничего нельзя посчитать , так как статистика позволяет натянуть любую сову на любой глобус. А ведь КТГ -это именно СТАТИСТИЧЕСКАЯ теория.

  4. Ссылки на модели и данные по моделям есть в статье. Читайте внимательно мелкие буковки в картинках.

  5. Ждите. Я точные сроки не называл....Обещанного три года ждут...))

Кинетическая теория газов (КТГ) не может объяснить захват воздуха струёй воды вплоть до возникновения глубокого вакуума. Ведь молекулы газа по КТГ летают с бешенными скоростями (490м/с при +20С) и отскакивают от любых препятствий без потери скорости и без слипания с препятствием при столкновении.

Да ладно?) Я вот взял банку с соком, поставил соломинку, подул в нее, и внезапно воздух прошел через сок, никуда не отскочил. Наверно разница в давлении? Наверно и в насосе разница в давлении?

Но как происходит отсос воздуха в этой конструкции?
Сразу напрашивается решение, что струя воды просто цепляет воздух за счёт вязкого трения, а потом протаскивает этот слой в тонкий зазор диффузора.
До сих пор нет однозначной общепринятой версии объяснения такого захвата воздуха скоростной струёй.

Сразу напрашивается решение погуглить "водоструйный насос принцип работы". И оказывается, в первых 3 ссылках пишут про одно и то же, а значит общепринятое объяснение есть.

https://primelab.com/blog/chto-eto-takoe-steklyannyj-vodostrujnyj-vakuumnyj-nasos.html
https://pcgroup.ru/blog/vodostrujnyj-vakuumnyj-nasos-prostoj-no-effektivnyj-laboratornyj-pribor/
https://simax.ru/blog/vodostrujnyj-nasos-h220-mm-opisanie-i-naznachenie/

Принцип работы
Представим себе поток жидкости, протекающий через тонкую трубку. Если на каком-то участке диаметр трубки уменьшается, то скорость движения жидкости внутри нее увеличивается, а давление, соответственно, уменьшается.
Создается разрежение, и для уравновешивания давления вода захватывает и уносит воздух из сосуда, который подсоединен к насосу через боковой отвод.
Чем холоднее вода, протекающая через оборудование, тем глубже вакуум, который он в состоянии обеспечить.

Остальное

В насосе диаметр трубки, по которой поступает вода из водопроводного крана, постепенно сужается. Это приводит к уменьшению давления воды, но резкому увеличению скорости движения струи. Вырываясь из сопла утончающейся трубки в ограниченное пространство с низким давлением, вода движется с большой скоростью и захватывает воздух из бокового отвода насоса.
Степень остаточного давления, которое может обеспечить водоструйный насос, вычисляется давлением паров воды при определенной температуре. Так, при температуре воды +30 °С давление можно понизить до 31,8 мм рт.ст., а при температуре воды +10 °С — до 9,2 мм рт.ст.

Принцип работы водоструйного насоса основан на физическом законе, известном как закон Бернулли: увеличение скорости движения потока жидкости приводит к падению ее давления. Входная трубка насоса постепенно сужается. По мере её сужения, скорость струи увеличивается, а ее давление падает. В месте выхода струи — в полости-расширении, вода с силой вырывается из узкой трубки, унося за собой захваченный из бокового отвода воздух.

Давление воздуха больше, чем давление воды при выходе из трубки, поэтому он проталкивается в воду, а вода его уносит. Так же как если булькать воздухом в банке с соком через соломинку.

Кстати, как ваша теория объясняет зависимость глубины вакуума от температуры воды?

Таким образом, капельный конгломерат из ста молекул жидкой воды вообще проходит мимо хаотично скачущих по КТГ бильярдных шариков атмосферного воздуха, так как капля оказывается меньше среднего расстояния между молекул, и не вытесняет никакого их пространства.

Снова открываем Гугл.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Туман

Радиус капель тумана обычно колеблется от 1 до 60 мкм. Большинство же капель имеет радиус 5—15 мкм при положительной температуре воздуха.

Остальное

https://ru.wikipedia.org/wiki/Длина_свободного_пробега

Длина свободного пробега молекул воздуха:
68 нм

http://www.sci.aha.ru/ALL/b4.htm
Диаметр молекул (нм)
Кислород (O2) 0.3
Вода (H2O) 0.3

https://portal.tpu.ru/SHARED/p/PNB/learning/Physik/Tab/Tab/13 КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВ_0.pdf

При комнатной температуре молекулы кислорода имеют скорость 480 м/с.

Объем средней капли тумана равен 4/3 * 3.14 * (10мкм)^3 = 4.2 * (10 * 10^-6 м)^3 = 4.2 * 10^-15 м3.
Масса капли равна 1000 кг/м3 * (4.2 * 10^-15 м3) = 4.2 * 10^-12 кг.
Количество молекул воды в одной капле (4.2 * 10^-12 кг) / (2.99 * 10^-26 кг) = 1.4 * 10^14.
А вовсе не 100, как вы утверждаете.

Размер капли тумана больше свободного пробега молекул воздуха в 10мкм / 68нм = 147 раз.
А не меньше, как вы утверждаете.
То есть 1 каплю тумана поддерживают 147 молекул воздуха. А их поддерживают другие молекулы воздуха.

Каждая молекула воздуха под каплей тумана летает туда-сюда (480 м/с) / 68нм = 7 * 10^9 = 7 миллиардов раз в секунду. На сколько опустится капля под действием гравитации за 1 семимиллиардную секунды?

  1. Не понял к чему этот пример с трубочкой и соком?. Вы надули в трубочку 1 атм?...Лёгкие вам не порвало?

  2. Ваши ссылки повторяют текст из моей статьи. Во только там нет объяснения КАК вода захватывает воздух и уносит его с собой вглубь воды?

  3. Струя воды не может никуда проталкивать воздух , так как струя не касается стенок до самого погружения в массив воды.

  4. Про глубину вакуума есть мой комментарий под картинкой (Рис.11.) с текстом из учебника, где я предположил, что заявление +333 Па - это уровень давления воздуха, растворённого в самой воде. Для проверки можно пробовать запустить работу ВВН на предварительно дегазированной воде.

  5. Захват струёй воздуха не происходит по вашему описанию, так как при сквозном пролёте струи воздух возвращается по зазору обратно и никакого вакуума не создаётся.

  6. Радиус капель может быть ЛЮБЫМ, а не только по норме Вики. Скорость образования тумана в туманном шлейфе в разряженной зоне над крылом истребителя столь высока, что там нет времени на его группировку в крупные капли. А даже 100 молекул воды при конденсации- это КРУПНАЯ капля, если учесть норму влажности 1-2% по парциальному давлению. То есть 100 молекул должны собраться из объёма более 10 тыс молекул воздуха. И как они друг друга найдут и друг к другу прилетят на влажную стыковку? Это ведь тоже отдельный феномен, как водяной пар следит за поддержанием предельных концетраций пара, и как переводит излишек в туман.

  7. Сколько бы молекулы газа по КТГ не бились бы в КАПЛЮ тумана, они будут биться статистически равномерно со всех сторон, а значит их влияние на полёт капли будет равен НУЛЮ. То есть массивна жидкая капля будет падать через воздух по КТГ практически не замечая его совсем. Кстати, по КТГ молекулы газа тоже будут падать на землю, так как гравитацию для газов по КТГ никто не отменял.

Не понял к чему этот пример с трубочкой и соком?

Там написано к чему, и приведена цитата.
Я подул в трубочку, а воздух не отскочил от сока, как вы утверждаете, а прошел через него.

Вы надули в трубочку 1 атм?

Нет.

Во только там нет объяснения КАК вода захватывает воздух и уносит его с собой вглубь воды

Есть. Я выделил это жирным шрифтом.

Струя воды не может никуда проталкивать воздух

У меня нет утверждения, что струя воды проталкивает воздух.
Есть утверждения "воздух проталкивается в воду" (под действием давления остального воздуха) и "вода его уносит".
Читайте пожалуйста внимательнее.

Про глубину вакуума есть мой комментарий под картинкой

Там нет объяснения зависимости вакуума от температуры воды в рамках вашей теории влипания молекул газа в жидкость. Вы лишь отмечаете информацию из учебника, что есть зависимость от насыщенных паров воды.

По вашей теории разницы от температуры воды вообще быть не должно, воздух может влипать в воду при любой температуре. А она есть, значит ваша теория неверна.

Захват струёй воздуха не происходит по вашему описанию, так как при сквозном пролёте струи воздух возвращается по зазору обратно и никакого вакуума не создаётся.

Что значит "при сквозном пролёте струи"? Такого описания нет в вашей статье. К какой части статьи это относится?

Радиус капель может быть ЛЮБЫМ, а не только по норме Вики.

Вот и их поведение может быть ЛЮБЫМ, а не только "стремительное падение".
Очень маленькие капли постепенно падают на поверхность из-за размера, очень крупные тоже из-за тяжести, а остальные висят в воздухе.

в разряженной зоне над крылом истребителя
И как они друг друга найдут и друг к другу прилетят на влажную стыковку?

Это совершенно другой вопрос, он не относится к теме обсуждения.
Но раз вам это интересно - летит одна молекула, сталкивается с другой, они прилипают друг к другу, летят дальше вместе, сталкиваются с такими же группами, прилипают к ним, и так далее.

Это ведь тоже отдельный феномен, как водяной пар следит за поддержанием предельных концетраций пара

И молекулярная теория прекрасно это объясняет.

Сколько бы молекулы газа по КТГ не бились бы в КАПЛЮ тумана, они будут биться статистически равномерно со всех сторон, а значит их влияние на полёт капли будет равен НУЛЮ.

Ну вот и скорость ее будет равна нулю.
Я вообще не сказал, что капля не падает из-за того, что они в нее бьются.
Я сказал, что она не падает, потому что ей некуда.

То есть массивна жидкая капля будет падать через воздух

Куда она будет падать-то, если под ней 147 опор дребезжат с частотой 7 ГГц?
Я вот взял кастрюлю, насыпал туда гороха, положил сверху теннисный шарик, засыпал его тоже горохом со всех сторон, он почему-то не падает через горох на дно кастрюли. Почему? Наверно горох снизу ему мешает?

Кстати, по КТГ молекулы газа тоже будут падать на землю

Они и падают. Воздух же возле поверхности есть. Более того, если их охладить, их нападает больше. А если нагреть обратно, то они будут дребезжать сильнее и растолкают друг друга обратно.

Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий

Публикации