Энергия искусственных торнадо

Насколько я понимаю, есть две версии этой идеи. Первый довольно интересен и может сработать — идея состоит в том, что вы нагреваете воздух внизу с помощью электростанции и позволяете вихрю уносить воздух в верхнюю тропосферу. Вихрь действует как дымоход, вытягивая горячий воздух из агрегата, создавая перепад давления, который позволяет запускать турбины и извлекать энергию. По сути, вихрь вместе с турбинами становится тепловой машиной, холодный сток которой находится при температуре гораздо более высокой части атмосферы (потенциально вплоть до тропопаузы при ~$-50^\circ \text{C}$, хотя, вероятно, намного ниже), чем температура окружающей среды у поверхности, что позволяет повысить эффективность. Максимальный КПД такого двигателя определяется КПД Карно, хотя, конечно, реальный КПД обязательно будет меньше, отчасти потому, что вихрь будет рассеивать часть энергии за счет трения.

Кроме того (хотя это редко упоминается), если воздух, который вы впускаете, влажный и горячий, то он будет конденсироваться по мере подъема, высвобождая скрытую теплоту и, таким образом, поднимаясь быстрее (этот процесс вызывает грозовые тучи), так что вы Таким же образом можно извлекать работу из скрытой теплоты.

Но я думаю, что вы в первую очередь спрашиваете о другой версии идеи, которая как бы подразумевается в вашей второй ссылке. (Помню, я тоже однажды читал об этом статью в New Scientist.) В основе этой идеи лежит то, что воздух у земли уже теплее (и часто более влажный), чем он был бы, если бы атмосфера находилась в равновесии, так почему бы и нет. полностью отказаться от обычной электростанции и просто использовать существующий температурный градиент для привода вихревого двигателя?

В принципе, это не было бы вечным двигателем. Нестабильность в атмосфере вызывается солнцем, поэтому, по сути, вы просто крадете часть гравитационной потенциальной энергии, которая в настоящее время используется для управления движением естественных погодных систем. Однако лично я думаю, что вряд ли это сработает. Проблема в том, что если вам удалось заставить вихрь, похожий на торнадо, расположиться над вашими турбинами, всасывая теплый окружающий воздух и отправляя его в сторону тропопаузы, то почему он не мог просто отскочить от вашей турбины? турбины и начать всасывать горячий воздух напрямую? Таким образом, энергия, извлекаемая турбинами, не будет теряться. Единственный способ, который я могу придумать, чтобы предотвратить это, состоит в том, чтобы построить очень большую плоскую теплицу вокруг генератора, чтобы теплый воздух внутри мог свободно циркулировать. t поднимается, если только не проходит через турбины. Возможно, это то, что имеют в виду эти люди — в конце концов, так работают солнечные башни. Но я подозреваю, что такая вещь должна быть огромной - вихри такой высоты естественным образом встречаются только во время ураганов, и они образуются только тогда, когда воздух у поверхности исключительно теплый и влажный, поэтому трудно представить, что такой вихрь можно поддерживать с помощью окружающий воздух в нормальных наземных условиях.

Если бы это сработало, предельная мощность определялась бы скоростью, с которой солнце нагревает воздух в зоне охвата системы, умноженной на разницу температур между поверхностью и тропопаузой. У меня нет никаких цифр, чтобы дать вам, но я предполагаю, что это было бы больше, чем вы могли бы получить, если бы вы покрыли площадь ветряными турбинами, но, безусловно, намного меньше, чем если бы вы покрыли ее солнечными панелями. В конце концов, все это просто способ преобразования солнечной энергии в работу, а термодинамика налагает меньше ограничений на фотоэлектрические элементы, чем на тепловые двигатели.

Вы спрашиваете, какое влияние эта идея оказала бы на атмосферу. Я не думаю, что это существенно повлияет на скорость градиента, если только эта штука не будет настолько эффективной, что она будет намного лучше рассеивать гравитационную потенциальную энергию, чем конвективные системы, которые уже существуют в атмосфере, что действительно кажется очень маловероятным. Тем не менее, как для варианта с двигателем, так и без двигателя, трудно представить, что вихрь, простирающийся высоко в тропосферу, не окажет влияния на местные погодные условия, и не невозможно представить, что он оказывает косвенное воздействие на климат. более широкий масштаб. Однако это было бы трудно смоделировать, потому что глобальные модели не имеют разрешения для моделирования такого рода вихрей. (По этой причине ураганы не моделируются в GCM.) Но если бы он был построен в меньшем масштабе, я думаю, он бы не

Я случайно наткнулся на этот вопрос и хотел опубликовать ответ после краткого чтения на http://vortexengine.ca/english.shtml , несмотря на то, что он был задан уже более года назад.

Я думаю, что основная идея концепции основана на большой путанице между причиной и следствием в отношении метеорологических явлений. В то время как определенные условия в метеорологическом масштабе (т. е. в большом масштабе) могут привести к образованию энергетических вихрей, было бы, наоборот, глупо предполагать, что генерирование вихря (с помощью действительно крошечного подвода энергии) создаст необходимое (крупномасштабное ) условия для вызова стационарного вихря, который можно было бы использовать.

Другой способ осмысления проблемы заключается в том, что любой непрерывный восходящий процесс, управляемый плавучестью, такого рода является тепловым процессом и, следовательно, ограничен эффективностью Карно:

$\eta_c=1-\frac{T_{cold}}{T_{warm}}$

так

$P_{mech}<\dot{Q}\eta_c=\dot{m}_{turbine}c_p(T_{warm}-T_{cold})\eta_c$

для любого реального процесса. Это верно для любой высоты башни или среды, а температуры относятся к грунтовым условиям. Таким образом, с помощью любых практических средств мощность, которая может быть сгенерирована, всегда будет довольно небольшой долей тепловой мощности, подаваемой в башню (и, конечно, даже меньше, если гидростатический потенциал используется для создания вихря).