Возник вопрос относительно данного параметра вещества. Почитал, пишут, что разные вещества обладают разной удельной теплоёмкостью, но глубже вопрос не раскрывается. К примеру у древесины это 1,7, а у стали 0,47. То есть, чтобы нагреть 1 кг древесины на один градус, нужно затратить энергии примерно в 4 раза больше чем нагреть 1 кг стали на этот же градус. Так же, если смотреть данные теплоёмкости у разных веществ, можно заметить корреляцию с их плотностью и теплопроводностью (но это не всегда так) В чём суть явления? Получается, что энергия расходуется не только на нагрев, а на что-то ещё? Или тут для понимания не хватает ещё какой-то физической величины?
В данном «рассказе» разберем определенную тонкость в работе сопла и почему сопло Лаваля не везде ставят (особый привет @Slovrum – учи мат.часть).
Сопло Лаваля – это газовый канал для изменения (увеличения в нашем случае) скорости происходящего по нему газового потока.
Для начала несколько вводных:
– газ движется неразрывным потоком и никуда не забирается и не исчезает (нет отборов воздуха из двигателя на СКВ и прочие расходы воздуха отсутствуют). Это не так важно, но если копать глубже то важно;
– течение газа в сопле равномерное, нет торможения потока около стенок, нет завихрения потока. Газ движется от входа к выходу двигателя.
– здесь максимально упрощено всё, что можно – так сказать для студентов/курсантов 1-2 курса и людей, не обладающих глубокими знаниями конструкции и работы авиационных двигателей (но базис знаний нужен иначе не понятно, извините).
Поехали!
Газ движется через тракт авиационного двигателя и запасает энергию в компрессоре (скорость потока падает, давление возрастает). Далее этот газ смешивается с топливом и поджигается. Энергии в газе становится еще больше. Газ упираться в лопатки турбины и начинает раскручивать диск турбины. Скорость газа при этом падает, также падает давление газа и накопленная энергия у газа уменьшается. Чем больше турбин (правильно колес турбин, но мы упростим) стоит после камеры сгорания тем больше энергии турбины заберут от газа. Скорость газа, температура и остаточная энергия газа падает.
И тут начинается магия, которую почему-то не все понимают. Здесь чуть подробнее.
Если мы заберем примерно 75-90% энергии газа турбиной, то никакого реактивного сопла не нужно! Ставим сужающийся канал (выхлопной патрубок) и получаем некую реакцию опоры или реактивную тягу. В зависимости от режима работы двигателя это не более 15-20% от максимальной тяги вентилятора, пропеллера, несущего винта (или что у вас там). Там цифры плавают и нам самое главное для понимаю всего остального, что большая часть энергии забрала турбина. Почему не 90% и более? Потому, что будут срывы и нестабильная работа последней ступени турбины. Нам надо, чтоб не было «перерасширения» (чтоб давление газа после турбины было выше атмосферного давления). Это надо чтоб воздух из атмосферы не пошел в двигатель из выхлопного патрубка и не пошел в турбину и далее в двигатель (не было падения КПД последних турбин). Кратко и упрощенно из гидравлики – газ и/или жидкость течет по каналу, если давление на входе в канал больше давления на выходе. В другом случае или не течет или течет в другую сторону. Нам нужна энергия на турбине (много для чего, но сейчас не об этом) и чтоб газ выходил из сопла/выхлопного патрубка.
Вторая часть. Непосредственно про сопло Лаваля и его работу.
Дозвуковая часть (на рисунке от зеленой до красной линии).
Если у газа осталось больше 25% энергии (сколько именно вам точно не скажут или скажут, но не на всех режимах работы двигателя), то можно поставить регулируемое сопло. Пока не Лаваля, а только с дозвуковыми створками, так называемое дозвуковое сопло. Его ставили на старые двигатели (если ставят на современные, то нам это важно, так как мы разбираемся в работе сопла). Дозвуковое истечение газа – в сужающемся канале скорость газа возрастает и увеличивается скорость (это закон, спорить не надо и доказывать не буду). При этом давление, температура и внутренняя энергия газа по мере прохождения этого сужающегося канала (довуковые створки реактивного сопла) падает. Если давление упало до атмосферного, то можно считать конец – энергии у газа 0 (почти ноль, так как осталась еще скорость и температура), этот газ нельзя больше разгонять. Повторюсь: газ течет по каналу, если давление на входе в канал больше давления на выходе. Если давление газа на выходе из дозвуковой части реактивного упадет ниже атмосферного, то в Сопло двигателя будет засасывать воздух и тяги не будет. Зачем мы городили это сопло и тратили столько энергии на разгон? Не понятно. Если энергии в газе запасли так много, что даже на выходе из сопла газ разогнался до скорости звука, то поздравляем – вам нужно сопло Лаваля! Дальше будет интереснее, если вы еще здесь))).
Сверхзвуковая часть (на рисунке от красной до фиолетовой линии).
На сверхзвуковых скоростях газ ускоряется в расширяющемся канале. Все работает наоборот (относительно дозвукового, ну почти – мы же упрощаем). Надо чтоб газ ускорился до звуковой скорости на критическом сечении сопла (красная линия на рисунке). Мы меняем площадь критического сечения – это управляемый параметр. Раньше сверхзвуковые створки регулировали, чтоб получить на выходе (срезе сопла - фиолетовая линия) давление газа равное атмосферному. Отслеживать это было тяжело, быстро регулировать (особенно для истребителей) ещё сложнее. Гидравлика управления работает медленно и не успевает всегда ставить створки сопла, в нужное положение. На переходных режимах работы – много потерь тяги и нестабильная работа сопла. Всё это было сложно, но что делать. Чего-то нахватало, но люди летали, завоевывали господство в воздухе и не сильно жаловались. Или жаловались, но не громко, а если и громко, то где-то далеко в небе или чтоб не слышно остальным было.
В конце 60-х – начале 70-х на одном ленинградском заводе предложили, обосновали, разработали и внедрили в серию «неуправляемое» сверхзвуковое сопло. Дозвуковая часть – так и регулировалось критическое сечение, а сверхзвуковые створки не регулировались и самоориентировались в потоке.
Как этого добились? Простое допущение, понимание гидравлики и расчет сил действующих на сверхзвуковые створки. В любой точке сопла и при любом истечении газа из двигателя – газ движется от точки с большим давлением к точке с меньшим давлением. В сверхзвуковой зоне у газа есть давление, которое выталкивает газ из сопла наружу (к меньшему давлению) и начинает раздвигать расширять сверхзвуковые створки. Расширяет до тех пор, пока силы на створках не будут сбалансированы – давление газа и атмосферное давление. Но чем больше расширяется сверхзвуковой канал, тем быстрее разгоняется газ и тем быстрее падает давление, которое стремится выровняться с атмосферным. Итого саморегулируемая система. С одной стороны давление газа, а с другой стороны давление атмосферы. Газ в сверхзвуковом сопле самоорганизовывает свое расширение и разгон. Створки сами встают в нужное положение. При этом давление не может упасть ниже атмосферного в сопле.
Всё работает хорошо, но есть нюанс! Газ истекает не равномерно и не на все створки идет одинаковое воздействие. Из-за этого вектор тяги «плавает», а самолет почему-то летит не вперед. Для борьбы с этим установили систему синхронизации сверхзвуковых створок – все сверхзвуковые створки, двигаясь на увеличение или уменьшение площади среза реактивного сопла, оставались параллельны вектору тяги (если точнее, то площадь сечения реактивного сопла была всегда перпендикулярна вектору тяги). Теперь сверхзвуковое створки моментально встают и успеют за изменением работы двигателя и нет «недорсширения» или «перерасщирения» газа в сопле. Нет потерь, летчики довольны.
Примерно в это же время появилась идея: управление вектором тяги. Система синхронизации створок – это некоторое кольцо, которое замыкает все створки в круг. А что если мы этот круг будет двигать в разные стороны – у нас будет изменение вектора тяги. Это очень просто и это очень дорого, так как при этом створки будут больше истираться друг от друга, но это было начало, дальше система совершенствовалась. Вот так явился МиГ-29ОВТ.
Наработки по флюгерным сверхзвуковым створкам (по приказу сверху, СССР и мы все делаем общее дело) были переданы на другие заводы для улучшения других двигателей. Сопло и управляемый вектор тяги на Су-27 и его модификациях – спасибо нашему заводу.
Это всё максимально упрощенно, так как на каждом этапе ещё много тонкостей.
По просьбе трудящихся приведу несколько рисунков. Специально выделил одним и тем же цветом сечения Сопла Лаваля.
Схема. От зеленой до красной линии - дозвуковая часть сопла. Красная линия - критическое сечение. От красной линии до фиолетовой - сверхзвуковая часть.
Чертеж двигателя. От зеленой до красной линии - дозвуковая часть сопла. Красная линия - критическое сечение. От красной линии до фиолетовой - сверхзвуковая часть.
Наглядно на двигателе. От зеленой до красной линии - дозвуковая часть сопла. Красная линия - критическое сечение. От красной линии до фиолетовой - сверхзвуковая часть.
Мы составляем подборку интересных игровых каналов, шоу и даже просто рубрик про игры, которые можно найти на просторах RUTUBE. Пожалуйста, поделитесь ссылками на то, что смотрите сами, и расскажите, почему вам нравится этот контент.
В конце декабря в этом профиле выйдет подборка. Если ваши предложения окажутся в ней — придет уведомление к «колокольчик»!
Где-то 2 месяца назад я гуляла и меня ударил фонарный столб током. Не знаю почему , но теперь что бы я не тронула меня ударит током, даже обычная ручка от двери. Людей мне вообще лучше не трогать, потому что я бью их током. Вообще не знаю что с этим делать.
Как устроен космический радиотелескоп РадиоАстрон? На чём основан принцип его работы и почему его можно назвать самым большим телескопом в мире? Какие новые научные результаты были получены на этом уникальном радиотелескопе и как сложилась его дальнейшая судьба?
Рассказывает Михаил Лисаков, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Астрокосмического центра Физического института Академии Наук, член коллаборации Телескопа горизонта событий и РадиоАстрон, автор Телеграм-канала «Верхом на звезде»
Ролик создан при поддержке Ассоциации волонтёрских центров в рамках Международной премии МЫВМЕСТЕ.
Привет👋Заваривай чай и устраивайся поудобнее — сегодня расскажу о том, как из энергии Солнца получается ток, как устроены солнечные батареи и какие у них есть виды. Также постараюсь ответить на вопрос почему человечество не торопится с переходом на такой экологичный (с первого взгляда) и простой способ получения энергии🔆 Приятного чтения🙂
Когда приехал на дачу в 2031 году
Откуда она берется?
В результате термоядерных реакций происходящих на Солнце за день в виде солнечных лучей на нашу планету попадает большое количество энергии — примерно 164 ватта на квадратный метр. Иными словами, над каждым квадратным метром Земли можно повесить лампочку на 164 ватт и заставить ее светиться только за счет солнечной энергии 💡
Звучит многообещающе, но не все так просто! Дело в том, что солнечная энергия представляет собой комбинацию из видимого света, ультрафиолетового излучения, инфракрасного излучения (тепла) и других микроволн. Для преобразования в электричество в основном используется видимый свет, так как инфракрасное излучение не такое эффективное, а ультрафиолетовое по большей части поглощается озоновым слоем Земли, но даже достигнув солнечной панели оно не будет эффективно поглощаться.
Из чего состоят лучи Солнца
Кремниевые пластины
Основа солнечной батареи — это две кремниевые пластины находящиеся друг под другом, покрытые сверху слоем стекла. Кремний является полупроводником, а это значит, что при определенных условиях он может как поглощать электроны, так и отдавать. При естественных условиях он это не делает. Поэтому на верхнюю кремниевую пластину наносят слой фосфора. При взаимодействии с ней у кремния появляются дополнительные электроны, которые он хочет отдать, то есть отрицательный заряд. В то же время, на нижнюю пластину наносят слой бора. В этом случае у кремния появляется нехватка в электронах, желание забрать их у кого-нибудь, то есть положительный заряд. Теперь у нас есть две пластины одна из которых хочет отдать свои электроны, а другая забрать –– что же дальше?
Луч света
Дальше луч света состоящий из фотонов попадает на нашу верхнюю пластину кремния и передает свою энергию, буквально выбивая из нее электроны, которые направляются прямиком к нижней панели, которая их уже ждет. После этого, мы видим обратный процесс –– атомы кремния, получившие электроны готовы отдать их обратно, а те, кто отдал теперь хотят восполнить пробел. Наша задача — дать им это сделать и замкнуть весь процесс в цепочку 🔗
Электрический ток получен! Чем больше света –– тем больше выбивается электронов и тем больше мы получаем тока. Это процесс называется фотоэффект.
Схема работы солнечной панели
Чтобы защитить пластины их покрывают слоем стекла, а также антибликовым покрытием, чтобы поглощение света происходило еще более эффективно. Одна солнечная ячейка вырабатывает очень мало электричества, буквально несколько ватт, поэтому из нескольких ячеек собирают модули, которые уже группируются в привычные нам солнечные панели
Как собрать полученный ток?
С помощью специальных медных каналов (из-за которых солнечные панели выглядят как сетка) ток из солнечных пластин выводится к потребителям либо накапливается в аккумуляторах. Чтобы попасть в общедоступные сети он должен предварительно побывать в инверторе и стать из постоянного переменным.
Виды кремниевых панелей
Кремниевые солнечные панели бывают моно- и поликристаллическими. Для изготовления солнечных элементов для монокристаллических солнечных батарей, кремний выращивают в виде брусков, которые затем нарезают на пластины. Называются они «монокристаллическим» – чтобы показать, что используемые солнечные элементы получены из одного кристалла кремния. У них высокий КПД –– в районе 25%, но они дороже в производстве. В основе поликристаллических пластин ячейки сделанные из сплавленных вместе фрагментов кремния. Они дешевле в производстве, но менее эффективны.
Визуальное отличие моно- от поликристаллической солнечной панели
Новые виды солнечных панелей
Оба вида кремниевых панелей можно условно отнести к первому поколению солнечных панелей. Второе поколение представляет собой солнечные панели из аморфного кремния, кадмий-теллурий и других более легких и гибких материалов. Такие солнечные панели тонкие, их можно гнуть и прикреплять к одежде, но в эффективности они явно проигрывают классическим кремниевым. Хорошая новость в том, что сейчас активно разрабатываются новые виды панелей, которые будут сочетать в себе эффективность первого поколения и гибкость с легкостью второго. Ну что ж, будем ждать!
Гибкая панель нового поколения
Вопросы к солнечной энергии
Пока что нам остается довольствоваться привычными кремниевыми солнечными панелями. Они намного экологичнее, чем привычные нам способы добычи энергии, но их основная проблема на сегодняшний день –– это эффективность и использование земли. Самые эффективные солнечные панели способны преобразовать только 25% света попадающего на них, но обычно эффективность на уровне 15%. На выработку также влияют и погодные условия, ведь чем меньше света, тем меньше и энергии 🌤 Помимо этого для размещения солнечной электростанции нужна большая площадь и правильно подобранная экспозиция для каждой солнечной панели, чтобы она получала по максимуму света. Если взять в пример атомную или угольную электростанцию, то на такой же площади она способна вырабатывать в сотни, если не в тысячи раз больше энергии.
Можно оценить площадь солнечной электростанции, причем это только часть!
Будущее солнечной энергии
Благодаря поддержке правительств разных стран, расширению и удешевлению производства солнечная энергия с момента открытия подешевела в 400 раз. Объем производства солнечной энергии растет в среднем на 20% в год и если так и будет продолжаться, то к 2031 году вырабатываемая мощность солнечной энергии будет больше совокупной мощности газа, угля и атомной энергии и гидроэнергетики. Осталось только решить вопрос с эффективность панелей🤔
Это очередной пост из моего канала, где я рассказываю про сложные и интересные вещи простыми словами. Буду рад твоей подписке)
