использование потенциальной энергии сжатого воздуха при форм

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ СЖАТОГО ВОЗДУХА
ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ЛИНИИ РАЗЛОМА ПРИПАЯ
В статье «Устройства для распыления воздуха под лѐд припая» (19.01.2015)
предлагается использовать для распыления воздуха под лѐд припая (ослабление
прочности льда) дизель-электрическую подводную лодку, с закреплѐнными по
бокам обтекаемыми ѐмкостями с воздухом; воздух используется для работы
дизеля, а продукты сгорания подаются под лѐд.
В статьѐ не показано, что сжатый воздух обладает большой потенциальной
энергией, и если перед подачей в дизель, пропустить его через воздушную
турбину, то можно получить значительную мощность, чтобы поддержать движение
подводной лодки.
Не показано также детально, как распылять воздух под лѐд припая,
предлагается использовать для этого потенциальную энергию сжатого воздуха.
ОСНОВНАЯ ИДЕЯ. Если небольшой объѐм сжатого воздуха (пузырѐк) при
температуре замерзания воды подавать на малую глубину, то расширяясь, воздух
резко охлаждается и пока пузырѐк поднимется к водной поверхности, на его
границах образуется ледяная корка; совокупность этих пузырьков у поверхности
воды смерзается, образуется слой пеноледяной массы.
Пузырѐк воздуха с давлением 12атм, температурой -1*С и диаметром 1мм при
попадании на глубину 5м (1,5атм.) расширится до диаметра около 2мм и
температура воздуха в нѐм понизится до -120*С (при 6атм. - -90*С; при 3атм -48*С; расчѐты по формулам для адиабатного расширения идеального газа).
Если подо льдом будет относительно большая полость, заполненная воздухом,
то при локальной трещине воздух будет выдавлен в атмосферу; вода заполнит
пространство полости и замѐрзнет, прочность льда восстановится; пеноледяная
масса – это устойчивое образование, поэтому при локальной трещине она не будет
полностью разрушена и прочность льда по очерченному периметру не
восстановится.
Условия для работы компрессорной установки благоприятны: воздух
закачиваться при низкой температуре (-10 - -20*С), а сжатый воздух используется
при температуре -1*С (температура подлѐдной воды); неограниченный ресурс
охлаждающей воды..
На рисунке показана схема реализации проекта.
1 – водная среда; 2 – грунт дна; 3 – подводная лодка; 4 – устройство,
выполняющее воздухозаборные и ледокольные функции, способное перемещаться
как по водной поверхности, так и опускаться под воду; 5 – воздухозаборная часть
устройства (4); 6 – воздуховод от устройства (4) к подводной лодке (3); 7 – отсек
подводной лодки (3), предназначенный для распыления воздуха под лѐд; 8 запорное устройство, предназначенное для регулирования поступление сжатого
воздуха в отсек (7); 9 – наклонная поверхность, предназначенная для подачи
сжатого воздуха в водную среду; 10 – поток, поднимающихся к водной
поверхности, пузырьков воздуха; 11 – слой пеноледяной массы, образованный
после прохождения подводной лодки (3).
-2-
4
5
1
10
11
6
9
3
2
8
7
Предполагается проводить работы по ослаблению прочности льда по периметру
льдины в начальный период еѐ формирования, поэтому целесообразно разработать
устройство (4), которое наряду с подачей воздуха на подводную лодку (3),
сможет перемещаться по водной поверхности, разрушая молодой лѐд; если на
пути устройства (4) будет поле прочного льда, вмерзающего в формируемый
припай (нанос ветром со стороны океана), то устройство (4) опускается под воду,
движение осуществляется за счѐт двигателя подводной лодки (3), воздух
подаѐтся в пространство между льдинами, вытесняя воду и не давая льдинам
смѐрзнуться по всей толщине.
Применение устройства (4) значительно снизит затраты на реализацию проекта:
не потребуются ѐмкости большого объѐма, для создания запаса воздуха для
длительного подводного плавания, достаточно ресурса на 20км (5часов движения);
если не удастся преодолеть участок прочного льда, то бурится отверстие во льду,
выводится в атмосферу воздухозаборная часть (5) устройства (4) и запас воздуха
восстанавливается.
Наклон поверхности (9) позволяет, обеспечив нужный расход воздуха, разнести
струйки воздушных пузырьков так, чтобы при движении к водной поверхности
они не перемешивались. Выдавливание воздуха в водную среду обеспечивает
некоторое усилие, направленное в сторону движения подводной лодки (с одной
стороны отверстия давление 3атм, с другой - 1,5атм.).
Пеноледяная масса образуется за счѐт потенциальной энергии сжатого газа,
поэтому не требуется ожидать образования льда, способного удержать воздух
подо льдом; это позволит подводной лодке, даже двигаясь с малой скоростью,
«очертить» нужный периметр на начальном этапе формирования припая.
Основываясь на вышеприведѐнных рассуждениях, «очертить» нужный периметр
сможет и ледокольное судно, буксирующее расположенный под водой «генератор
пеноледяной массы», воздуховод, по которому подаѐтся сжатый воздух от
компрессора на судне на подводное устройство, служит и для охлаждения
внешней средой перемещаемого воздуха; для образования пеноледяной массы
потребуется относительно небольшое давление воздуха (предположительно, 3атм.;
необходима экспериментальная отработка технологии).