group-telegram.com/getaclass_channel/876
Last Update:
#physics
#физика
Зачем дымовые трубы тепловых электростанций строят такими высокими? Правда ли, что чем выше труба, тем больше в ней тяга? Чтобы ответить на эти вопросы, сделаем сначала такой опыт: в сосуд с водой вставлены снизу две трубки, которые различаются только длиной — одна 10, а другая 30 см; одновременно открываем пробки, и по длинной трубке вытекло заметно больше воды, чем по короткой. В чём же тут дело?
Разберёмся с распределением давления внутри воды. В верхнем сосуде вода движется очень медленно, и на дне давление больше атмосферного на гидростатическое давление столба воды. Внутри трубки по всей её длине скорость воды не меняется в силу принципа непрерывности, значит равнодействующая всех сил, действующих на воду, должна быть равна нулю. Силу тяжести может компенсировать только направленная вверх сила давления, поэтому давление внутри трубки уменьшается снизу вверх. На выходе из трубки давление равно атмосферному, а на входе меньше атмосферного на гидростатическое давление столба воды внутри трубки. Значит, вода ускоряется за счёт перепада давлений на коротком участке вблизи входа в трубку.
Мы подсоединили к трубке четыре выхода четырёхканального датчика давления и убедились, что чем выше точка, в которой измеряется давление, тем сильнее оно падает, когда по трубке вытекает вода. Правда, падение давления оказалось в три раза меньше расчётного, потому что в нашей простой модели мы не учли вязкость воды. В тонкой трубке вязкие силы становятся значительными и также удерживают вес воды.
В дымовой трубе происходят похожие процессы, только теперь вместо воды, текущей вниз, нагретый в топке воздух поднимается по трубе вверх. Будем считать, что он не успевает остыть, а давление воздуха будем сравнивать с давлением на верхнем срезе трубы. На входе в топку давление больше на величину гидростатического давления столба холодного воздуха. А на входе в трубу давление больше на величину гидростатического давления столба менее плотного горячего воздуха. Возникшая из-за различия плотностей холодного и горячего воздуха разность давлений и разгоняет воздух. Воздух в трубе не должен быть слишком горячим, иначе мы будем отапливать улицу. Для разности температур порядка 100 градусов плотности различаются примерно на 1/3 плотности холодного воздуха, что даёт разность давлений всего 4 паскаля на метр трубы. Но и плотность воздуха невелика, и за счёт этой небольшой разности давлений в трубе высотой 10 метров воздух будет двигаться со скоростью порядка 10 м/с.
Получается, что труба мощной ГРЭС высотой 100 метров создаёт тягу в 400 Па или 3 миллиметра ртутного столба — это почти в 10 раз меньше давления, которое мы создаём своими лёгкими, когда надуваем воздушный шарик. Так что трубы строят такими высокими не для того, чтобы создавать большую тягу или разгонять воздух до больших скоростей, а для того, чтобы рассеивать продукты сгорания топлива на как можно большую площадь.
Смотрите наш новый англоязычный ролик «How does chimney draft occur?» и не забывайте ставить лайки!
P.S. По данной ссылке можно посмотреть русскоязычный выпуск «Как возникает тяга в дымовых трубах?» на удобной платформе.
[Поддержите нас]
BY GetAClass - физика и здравый смысл
Share with your friend now:
group-telegram.com/getaclass_channel/876