WarmFires.ru

Водоводные системы

являются простейшими проточными сетями (рис. 1206) и хорошо известны в природе в форме последовательности рек (ручьев), прудов (водохранилищ) и водопадов (переливов). Реки могут быть даже «взяты» в трубу: лишь бы вода стекала свободно, не «переполняя» (не заполняя, не перекрывая всё сечение) трубы. Реки могут течь тысячами километров при перепаде уровня воды лишь в десяток метров. При этом даже максимальные перепады давления в атмосфере (до 400 мм водяного столба) не имеют особого значения, так же как и ветер может свободно дуть над водой в ту или иную сторону и лишь при больших скоростях способен повернуть реку вспять (как Неву в Санкт-Петербурге). Свободные течения воды характерны тем, что возникновение любой впереди (запруды) не ощущается вообще или ощущается не сразу: действительно по уровню воды в Волге у Твери невозможно определить (по крайней мере быстро), открылась или закрылась задвижка плотины ГЭС где-нибудь под Волгоградом.

Переворачивая «вверх ногами» водоводную схему и заменяя воду на горячие дымовые газы, а воздух на холодный воздух, получаем газоводную систему (рис. 1216), отвечающую гидравлической модели Грум-Гржимайло «свободного движения горячих газов». Всем известны свободноконвективные потоки горячих газов, поднимающиеся над кострами столбами дыма, расстилающиеся по потолкам, перетекающие слоем под наклонными сводами, заполняющие колпаки (купола, колокола) и перетекающие из «колпака в колпак», например, как в курных избах , русских печах, каминах, вентиляционных зонтах и т. п. (рис. 123).

Горячие газовые потоки, текущие горизонтально или наклонно под сводами ( по перевёрнутым желобам), можно «взять» снизу в «поддоны» («кожухи»), а горячие газовые струи, свободно восходящие вверх ( аналоги водопадов-переливов), можно окружить обечайкой. Во всех этих случаях горячие газы будут течь свободно в составе труб, лишь бы трубы и кожухи не «переполнялись», то есть лишь бы горячие газы не перекрывали всё проходное сечение трубы. Таким образом, в газоводных системах свободные горячие газы (и в пространстве, и в трубах) должны обязательно контактировать со столь же свободными холодными газами, которые тоже могут течь произвольно («как хотят»). В идеальной газоводной (так называемой гидравлической) модели горячие и холодные потоки газов никак не взаимодействуют ни между собой, ни со стенками трубы, но в реальности горячие и холодные газы (как и любые иные газы) не являются абсолютно свободными (независимыми), поскольку постоянно обмениваются массами (перемешиваются диффузно и турбулентно), импульсом (тормозятся или ускоряются) и энергией (нагреваются или охлаждаются). Трубные участки газоводных сетей обязательно должны иметь ограниченную длину (или же должны быть негерметичными), чтобы холодный газ в трубе был бы частью атмосферы. При этом давления в горячих газах строго равны давлениям в холодных газах (в том числе и в атмосфере) на том же высотном уровне (в отличие от газопроводных систем). Тяга или напор отсутствуют.

С увеличением расхода воды (или газа) элементы «свободных» водо-водных (и газоводных) систем могут принципиально менять режим работы: переливные трубы (сливные каналы плотин) переполняются (и уже не в состоянии пропускать всевозрастающие количества проточной воды), водохранилища и реки начинают «переливаться через края» и разливаться по поверхностям («выходить из берегов») т. д. Также всем известно, что вытяжной зонт с естественной вытяжкой может «не справиться» с потоком восходящих горячих газов и, «захлебываясь», начинает дымить с переливом дыма через края (например, по аналогии с 8 на рис. 121). Применительно к вертикально ориентированным системам (рис. 124), это означает, что вода при возрастающих расходах уже не может «свободно» стекать в сливные отверстия 12 (переливные каналы 4) ручейками (каплями, плёнками, струйками) со ступеньки на ступеньку вниз, задерживаясь только в «лужах» (стаканах 13 и сообщающихся сосудах-чайниках 7). Рано и поздно один из переливных патрубков ( например, сливное отверстие 12) «захлёбывается» (так же как засорённый слив в кухонной раковине), и вся вышерасположенная система секций системы (поз. 2, 4, 5, 10, 7) заполняется водой (до высоты Н с достижением перелива воды «из раковины через края» с верхнего среза водной системы 14). При этом объёмы воды в патрубке 12 будут двигаться уже не под «собственным весом», а под весом (напором) всего вышерасположенного водяного столба высотой Н. Такие водные системы называются водопроводными с естественным напором. При разгерметизации манжет 6 водная система вновь становится водоводной (переливной безнапорной), что случается при аварийных прорывах труб городского водопровода, когда жидкость, изливаясь, начинает течь «свободно» сама по себе в грунтовых кавернах или по поверхности земли. Водные системы могут чередовать водопроводные и водоводные участки. Более того, водопроводная система может «протекать» (в случае дырявых стенок) и обладать свойствами и водопровода (внутри), и водовода (снаружи). О таких схемах и пойдет речь ниже.