Искусственный торнадо своими руками

Ютуберы решили, что могут устроить торнадо своими руками, и почти преуспели. Но природа оказалась сильней

12 февраля 2020 16:54 (материал обновлен 23.11.2021) Галина Варзиева

Пара блогеров решила показать матушке-природе, кто тут главный, и создать торнадо в домашних условиях. Никаких трюков и читерства, только сухой лёд, вёдра с водой и вентиляторы. Люди всё же проиграли настоящей стихии, но успех был довольно близко.

Ютуберы Markiplier и Crank придумали план, как устроить торнадо на дому. В воскресенье, 9 февраля, парни опубликовали видео эксперимента на своём YouTube-канале Unis Annus, который создали два месяца назад и пообещали закрыть ровно через год. А пока этого не произошло, ребята делятся роликами, где ставят разные опыты, в том числе и над собой. Например, пытаются лежать на битом стекле или едят огонь.

На этот раз блогеры решили бросить вызов самой матушке-природе.

«Мать-природа думает, что она одна держит силу стихий в своих больших когтях… Ну и как ей это понравится, когда мы создадим торнадо дома?» — написали парни в описании к видео.

Ютуберы разработали план действий, согласно которому в их комнате должен появиться настоящий ураган. Для эксперимента ребятам понадобились вёдра с водой, сухой лёд в кубиках и два вентилятора. Для начала блогеры показали, как будет работать их план. Они закинули маленький кусочек сухого льда сначала в ведро с холодной водой, а потом — в то, где была горячая. Из второго ведра начал подниматься лёгкий пар. Поэтому в ходе эксперимента парни решили использовать именно горячую воду.

Чтобы пар закручивался так же, как вращается воздух в настоящем торнадо, блогеры задействовали вентиляторы, установленные почти друг напротив друга. Ютуберы приступили к эксперименту. Markiplier взял большой кусок сухого льда и бросил его в ведро с горячей водой. Поднявшийся пар начал закручиваться благодаря вентиляторам.

Окрылённые успехом ютуберы решили, что пора немного увеличить масштаб домашней природной катастрофы. Для этого ребята закинули чуть побольше льда, причём не только в первое ведро, но и во второе. Образовалось много пара, и он продолжил закручиваться, чему ютуберы очень обрадовались.

Убедившись, что и это работает, парни решили создать огромный торнадо на всю комнату. Они отодвинули вентиляторы подальше, быстро набросали в вёдра весь оставшийся лёд и поспешили встать подальше от эпицентра урагана. Но в этот раз ничего не вышло. Пар стелился по полу и никак не хотел превращаться в торнадо. Markiplier даже попробовал придвинуть поближе один из вентиляторов, но ничего не вышло. Даже приседания над ведром не помогли.

В итоге комнату просто заволокло паром.

Несмотря на то что большой торнадо создать не получилось, блогеры не сильно расстроились. Markiplier даже понял, в чём причина неудачи.

«Я думаю, [всё работало] благодаря тому, что горячая вода и маленькие кусочки льда позволяли пару подниматься естественно, но наше желание добавить побольше всё это разрушило», — признался ютубер.

Ребята собираются усовершенствовать свой план действий, учесть недочёты и всё-таки устроить дома настоящий торнадо. А пока этого не произошло, можно посмотреть на мини-ураган, который получился у блогеров, на видео ниже.

Остаётся надеяться, что парни успеют показать подписчикам настоящий вихрь до того, как срок действия их канала истечёт.

Среди ютуберов много любителей необычных экспериментов. Популярный блогер Кейси Нейстат, например, сделал свой собственный Cyberbike — и даже смог на нём прокатиться, хоть и заинтересовал этим местных полицейских.

Другой блогер и вовсе отправил в полёт свой электромобиль Tesla — да так, что сам Илон Маск впечатлился.

Как сделать огненный торнадо в офисе?

Одна из версий образования классического смерча выглядит следующим образом. Когда насыщенный водяным паром теплый воздух (например, над морем) соприкасается с холодным и «сухим» участком атмосферы, водяной пар конденсируется, образуется тепло, и окружающий воздух нагревается. Теплый воздух поднимается вверх, создавая разрежение, в которое продолжает поступать холодный воздух. Процесс развивается подобно лавине — вплоть до образования воронки смерча.

Уже сформировавшийся смерч всасывает в зону разрежения все, до чего «дотягивается», при этом двигаясь в том направлении, где встречает наибольшее количество холодного воздуха. В наших широтах торнадо — дело редкое, а вот на американских и канадских равнинах это достаточно известное природное явление, если не сказать — катастрофа.

Огненный смерч

В нашей ситуации причина образования воронки в корне отличается от природной — мы просто создаем имитацию путем искусственного закручивания воздушных потоков. Огонь, который придает опыту драматический эффект, служит лишь средством демонстрации воздушного смерча.

Возьмем металлическую пиалу и разожжем в ней огонь. Сразу предупредим: если просто налить в пиалу гелевого топлива, то эффекта не будет, потому что горит оно низким синим пламенем, визуально для опыта не подходящим. Поэтому поверх топлива обязательно нужно положить что-либо, горящее ярким высоким пламенем, например несколько деревяшек, как в обычном костре. Мы сжигали найденные в старых запасах оконные штапики.

Если теперь пиалу поставить на вращающуюся поверхность и закрутить вокруг оси, то ничего не произойдет. Пламя чуть-чуть поднимется, но смерча не возникнет, поскольку нагретый воздух будет равномерно рассеиваться вокруг стола для эксперимента, а не подниматься строго вверх.

Значит, нужен экран, не позволяющий воздуху рассеиваться. В качестве такого экрана идеален перфорированный цилиндр: через перфорацию видно пламя, а цилиндрическая форма оставляет горячему воздуху только один путь — наверх. Вращение же цилиндра закручивает спиралью окружающие пиалу воздушные потоки. В качестве экрана мы использовали офисную корзину для бумаг — лучше не придумаешь. Корзину ставим на вращающийся стол, внутрь помещаем пиалу с «дровами», разжигаем. Когда пламя становится стабильным и сильным, стол раскручиваем, и — вуаля! Перед нами — огненный смерч. Чем выше экран, тем выше будет воронка.

Кстати, в естественных условиях огненные торнадо тоже иногда возникают — особенно опасны они во время лесных пожаров, когда ветер закручивает огонь в воронку, а деревья вокруг ограничивают движение воздуха. Потушить такой торнадо значительно сложнее, чем обычный огонь.

Искусственный торнадо своими руками

Торнадо-генератор Данилина.
При вращении воздуха возникает перепад давления на центральной оси башни. Этот перепад давления тем больше, чем больше масса воздуха и чем больше скорость его вращения. Скорость вращения мы изменить не можем, она зависит от скорости набегающего ветра. Но мы можем изменить массу воздуха внутри башни. Внутри данной конструкции вращается около 200 килограммов воздуха. Такая масса оказалась критически мала для создания полноценного, мощного торнадо, способного вырабатывать электроэнергию.

Башня высотой 67 и диаметром 30 метров вмещает более 50 тонн воздуха. Такая масса при вращении будет устойчивой и мощной структурой для создания искусственного торнадо. мощность генератора 250 кВт.

Создание ротора диаметром 30 метров теперь не представляет никакой сложности. Каждый сегмент ротора со встроенным генератором на постоянных магнитах будет иметь длину 3 метра, а сборка производится на месте установки башни. Ротор не имеет центральной оси и может быть гораздо большего диаметра, а соответственно и мощности. Например башня диаметром 300 метров и высотой 650 метров — установленная мощность 50 мегаватт и более. За счёт постоянных магнитов ротор удерживается в статоре, это так называемый магнитный подвес.

Строительство башни ведется сверху вниз. Сначала собирается самая верхняя часть. Далее башня поднимается на высоту 4 метра и под первой секцией строится вторая и так далее. Все секции и ротор собираются у поверхности земли и поднимаются вместе с башней. На месте сборки не нужен 70 метровый, а тем более 700 метровый кран.

Торнадо-генератор Савченко
Обычные ветрогенераторы преобразуют в энергию только ту силу, которая воздействует на лопасти подобно тому, как ветер приводит в движение плавательное средство, наполняя паруса. Принципиальное отличие изобретения наших учёных от всех ныне известных ветропреобразующих устройств в том, что в этом ветряном генераторе есть промежуточная структура.

Ветрогенератор, создающий торнадо Над раструбом в верхней части генератора создаётся вихревая структура, мини-торнадо. Он взаимодействует со свободным воздухом и ветром. Если обычный природный вихрь не стоит на месте, а движется по земле, то вихрь в структуре этого ветряного генератора не отрывается от конструкции, потому что постоянно подпитывается. Он начинает тянуть свободно проходящий воздух из турбины в нижней части конструкции и завлекает воздушный поток в центр торнадо. Вихревая сила вращает турбину в центре устройства. Поскольку лопасти помогают вихревому потоку начаться спонтанно, для запуска процесса не требуется энергии. По мере восхождения воздуха, все больше воздуха заходит внутрь устройства, питая искусственный вихревой поток. Часть полученной энергии идёт на поддержание вихревой структуры, а часть – на вращение турбины, которая, в свою очередь, вращает генератор электрической энергии.

Разработка имеет ряд преимуществ перед другими ветрогенераторами. Во-первых, это устройство, по заверениям учёных, в десять раз проще в изготовлении, чем его аналоги, соответственно, стоимость технического обслуживания и монтажа обходится гораздо дешевле. Во-вторых, нет необходимости размещения турбин на высоких башнях для захвата ветра. В третьих, устройство не зависит от направления ветра, его не нужно ориентировать. В-четвертых, ветряной генератор весьма компактен, при этом площадь взаимодействия с ветром у него намного больше, чем у аналогов. Наконец, устройство имеет частично закрытую структуру, а это значит, что данный ветрогенератор можно покрыть шумоизолирующим материалом, и тогда устройство станет практически бесшумным.

Искусственное торнадо вращает ветрогенератор

По оценкам учёных, до 10% потребляемой в России электроэнергии можно получить из энергии ветра. Однако на текущий момент ветрогенераторы остаются для нас скорее экзотикой. Эксперты связывают это, прежде всего, с высокой стоимостью оборудования — средний ветроэнергетический комплекс стоит около 3 млн. евро. Есть у традиционных «ветряков» и другие недостатки — нестабильность работы, пожароопасность и высокая стоимость обслуживания. Однако это не повод отказываться от возобновляемых источников энергии.

Ростовский изобретатель Василий Савченко предложил альтернативное решение. Его ветрогенератор создаёт искусственное мини-торнадо, которое подпитывает турбину даже на небольшой высоте, независимо от направления ветра. Более того, — разработка учёного из ДГТУ на порядок дешевле зарубежных аналогов, а его площадь взаимодействия с ветром намного больше.

Ветрогенератор Василия Савченко способен «дать фору» мировым разработкам по целому ряду параметров, — среди которых стоимость создания и обслуживания, компактность и уровень шума. При этом, уникальная разработка из Ростова не зависит от направления ветра — создаваемое над её раструбом мини-торнадо подпитывает её воздушными потоками с любой стороны.

Таким образом, представленная конструкция является хорошей альтернативой традиционным ветрогенераторам, — которые, помимо высокой стоимости, пожароопасны и требуют очень большой высоты башни (до 140 метров) для достижения высокой эффективности.

«Я занимаюсь научными исследованиями в разных областях, и альтернативная энергетика – одно из интересных мне направлений. Вместе с единомышленниками мы разработали принципиально новое ветропреобразующее устройство, идея создания которого пришла мне в голову всего год назад», – поделился Василий Савченко.

Мини-торнадо усиливает воздушный поток

Обычные ветрогенераторы преобразуют в энергию только ту силу, которая воздействует на лопасти подобно тому, как ветер приводит в движение плавательное средство, наполняя паруса. Принципиальное отличие изобретения наших учёных от всех ныне известных ветропреобразующих устройств в том, что в этом ветряном генераторе есть промежуточная структура.

Над раструбом в верхней части генератора создаётся вихревая структура, мини-торнадо. Он взаимодействует со свободным воздухом и ветром. Если обычный природный вихрь не стоит на месте, а движется по земле, то вихрь в структуре этого ветряного генератора не отрывается от конструкции, потому что постоянно подпитывается. Он начинает тянуть свободно проходящий воздух из турбины в нижней части конструкции и завлекает воздушный поток в центр торнадо. Вихревая сила вращает турбину в центре устройства. Поскольку лопасти помогают вихревому потоку начаться спонтанно, для запуска процесса не требуется энергии. По мере восхождения воздуха, все больше воздуха заходит внутрь устройства, питая искусственный вихревой поток. Часть полученной энергии идёт на поддержание вихревой структуры, а часть – на вращение турбины, которая, в свою очередь, вращает генератор электрической энергии.

«Мы уже подали две заявки на патент: российскую и евразийскую (Белоруссия, Россия, Казахстан), в ближайшее время ожидаем ответа», – подтвердил Василий Савченко.

Ветряным генератором, разработанным в ДГТУ, уже заинтересовались некоторые компании Ростовской области и близлежащих регионов.

«Учитывая перспективы развития альтернативной энергетики во всём мире и в России, мы с большим интересом наблюдаем за появлением принципиально новых энергопреобразующих устройств. Ветряной генератор, разработанный учёными ДГТУ, безусловно, заслуживает внимания. Мы надеемся, что скоро устройство будет запущено в серийное производство и найдет применение в различных областях, в том числе и в телекоммуникациях», – прокомментировал технический директор «Tele2. Ростов-на-Дону» Алексей Крушинин.

Массовое производство ветропреобразующих устройств, разработанных нашими учёными, не за горами: как только изобретатели получат патент, свою помощь в этом вопросе готов оказать Вадим Степанов, директор ОАО «Ростовский механический завод».

А в обозримой перспективе, возможно, ветрогенерация сможет конкурировать даже с широко пропагандируемыми «коробочными» предложениями для электропитания домов, уже предлагаемыми Tesla. Речь идёт об аккумуляторах, которые можно доставлять в удалённые районы обычным транспортом, и которых хватит для целого дома на неделю эксплуатации. Компактные ветряки будут дополнять их — ведь генератор из Ростова-на-Дону при достаточном КПД сможет подзаряжать эти самые «сверхмощные батарейки для дома». Тем более, что в Ростовской области недостатка в ветре обычно не наблюдается.