Способ возвратно-вихревого турбулентного подавления крупномасштабного синоптического вихреобразования

Изображения

Изобретение относится к способам управления условиями возникновения атмосферного явления-смерча. Для реализации способа необходимо приповерхностные циркуляционные потоки воздуха, притекающие к смерчу, с помощью наземного сооружения трансформировать в вертикальные потоки и турбулизовать так, что вновь образованные потоки вовлекаются во всеобщее движение потоками, протекающими над сооружением. Они вступают во взаимодействие с восходящими потоками и принудительно переформировывают их. Взаимодействие перенаправляемых потоков с цилиндрическими каналами сооружения и основным вихревым восходящим потоком приводит к принудительному за счет собственной энергии вихря понижению общего масштаба турбулентности воздушной среды и к вырождению по энергии основного вихревого потока с переходом ее в энергию турбулентности более мелких вновь сформированных и образованных вихрей. Примером такого сооружения может быть сооружение типа решетки с цилиндрическими каналами, расположенной в приземной области. Это обеспечивает управление развития крупномасштабного вихревого движения с помощью наземных сооружений. 5 ил.

Уровень техники

Предлагаемое изобретение относится к способам управления условиями возникновения атмосферного явления - смерча (торнадо или тромба).

Известно (http://www.dwelle.de/russiaii/archiv_2/w080500.html, 08.05.00), что "в центре Аляски военно-морские и военно-воздушные силы США вот уже восьмой год продолжают совместно осуществлять проект, именуемый "HAARP". Аббревиатура расшифровывается как High Frequency Active Auroral Research Program ("Программа активного высокочастотного изучения полярных сияний"). Объект представляет собой огромное антенное поле общей площадью более 13 гектаров. Из предусмотренных планом 180 антенн 48 уже функционируют. Его цель - изучение физических и электрических свойств земной ионосферы. До 3 миллионов ватт - такую мощность излучения способна обеспечить установка "HAARP". Причем антенное поле "HAARP" столь огромно, что позволяет, не прибегая к помощи подвижных платформ, прицельно посылать пучки высокой энергии в любую заданную область ионосферы, осуществляя таким образом локальный нагрев определенных ее участков. "Считается, что спутники позволяют распознать возникновение ситуации еще до того, как начнется процесс зарождения смерча. А затем микроволновый излучатель, расположенный на спутнике, направляет пучок энергии в поток холодного воздуха. Тот прогревается, в результате никакого закручивания двух потоков не происходит, и разрушительный смерч просто не возникает. Тот же принцип может помочь ограничивать зону действия ураганов и тайфунов "(Бернард Истлунд, изобретатель "HAARP").

Реализация способа, предложенного Б. Истлундом, курируется и оплачивается военными ведомствами США. С одной стороны, это закрывает доступ к информации, с другой стороны, исключает сколько-нибудь широкое и интенсивное применение результатов исследований. К тому же сам проект не завершен, а его применимость для подавления смерчей остается гипотетической.

Известно следующее: Учредительный комитет Ноосферной Духовно-Экологической Ассамблеи Мира предложил на Всемирный Саммит Рио+10 НООСФЕРНЫЙ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ ПРОЕКТ "АНТИТАЙФУН" (30.08.02, Иоханнесбург), который нейтрализует (уменьшает) разрушительную силу агрессивных климатических аномалий таких как: тайфун, ураган, шторм, торнадо, грозы, град и т.п.

"При своевременном прогнозировании и воздействии на эпицентр зарождающегося тайфуна возможно значительное уменьшение его силы и превращение тайфуна в небольшой безопасный дождик. В системе АНТИТАЙФУН используются методы выравнивания балансов активных метеорологических параметров до нормальных и стабильных величин. Применяются экологически чистые электромагнитные биорезонаторы, которые функционируют на сверхслабых излучениях субатомарных (микролептонных) частиц. Комплексы влияют не на механические процессы климатических аномалий, а на негативные внутренние процессы, которые их запускают. Это приводит к смягчению и сглаживанию активных климатических аномалий без больших энергетических затрат, но требуется увеличение времени воздействия на аномалии" (www.OXPAHA.ru).

Скептическое отношение к проекту выражено следующим образом:

"...метеорологический комплекс “Антитайфун”, нейтрализующий разрушительную силу агрессивных климатических аномалий (тайфун, ураган, торнадо). Для этого, оказывается, надо всего лишь выравнить балансы активных метеорологических параметров до стабильных величин, для чего и используются биорезонаторы, функционирующие на сверхслабых излучениях субатомных частиц. Не удивлюсь, если такая штуковина имеет размеры карманного компьютера (http://www.computerra.ru/off line/2002/459/19944/)"

Наиболее близким к предлагаемому является "СПОСОБ ОСЛАБЛЕНИЯ УРАГАНОВ (ТАЙФУНОВ)" (а.с. 568033, М. Кл. G 01 W 1/00, Авторы: Н.И.Вульфсон, Л.М.Левин и Ю.А.Серегин) путем создания в их облачной системе нисходящих движений, обратных естественной циркуляции. Нисходящие движения создают сериями по концентрическим окружностям, отстоящим от "глаза" урагана и друг от друга на расстоянии порядка 10-15 км и с шагом вдоль окружностей не более 5-10 км.

В настоящее время циклоны рассматриваемого типа относятся к самым мощным атмосферным вихрям, мощность которых сопоставима с мощностью сразу нескольких самых мощных электростанций на Земле. Поэтому чтобы ослабить такой вихрь противодействующими потоками с циркуляцией, противоположной естественной, требуется создавать сравнимые по мощности противопотоки. Это приводит к дополнительным экономически невыгодным затратам. Низкотехнологична сама процедура исполнения способа из-за необходимости использования летательных аппаратов, взрывных устройств, необходимости организации службы контроля и безопасного исполнения процедуры ослабления урагана. Особое значение приобретают вопросы экологии среды, подвергшейся загрязнению продуктами взрывов. Трудно предсказуемы результаты такого воздействия на общее состояние атмосферы Земли. Из закона сохранения момента вращения следует, что попытка ослабить ураган дополнительными энергетическими затратами должна сопровождаться образованием новых вихревых объектов в атмосфере и, скорее всего, возрастанием линейной скорости потоков, ближайших к "глазу" урагана, что может привести к обратному эффекту.

Целью изобретения является создание способа управления развитием крупномасштабного вихревого движения с помощью наземных сооружений, лишенного недостатков вышеупомянутых известных средств.

Эта цель достигается сооружением на земной поверхности искусственных объектов, принудительно, за счет собственной энергии основного вихря, понижающих масштаб вихревых атмосферных движений и рассеивающих энергию крупномасштабных вихревых движений посредством более мелких, но более многочисленных, низкоэнергетических вихревых движений, возникающих как в самих трансформированных потоках, так и в результате взаимодействия последних между собой и с потоками основного вихревого движения.

Сущность изобретения

Атмосферные явления, тайфуны, ураганы, торнадо, смерчи сопровождаются мощными потоками воздуха. Воздействие внешних условий и внутренних процессов приводит к возникновению в атмосфере крупномасштабных вихрей в виде смерчей, называемых также торнадо или тромбами. Обладая высокой концентрацией механической энергии, смерч, перемещаясь неуправляемым образом, наносит значительный ущерб как среде обитания человека, так и самой его жизни. Устойчивое вращательное движение в верхних слоях атмосферы, обусловленное встречными движениями атмосферных потоков, приводит к образованию устойчивых центров с вихревым движением и последовательному каскадному накоплению этой энергии в нижележащих слоях атмосферы с образованием вихря - смерча. Визуальное наблюдение регистрирует образование и развитие воронки, спускающейся из мощных облаков, и "хобота", более мелкого по сравнению с масштабом воронки вихревого движения, но обладающего очень высокой концентрацией энергии вращательного движения. При этом атмосферные потоки в приземной области сходятся в центральной части вихря, называемой "хоботом", и восходящим спиральным движением переносятся в верхние слои атмосферы. Вся энергия сходящихся потоков концентрируется в механической энергии "хобота". Само явление образования вихря сопровождается обязательным условием существования источника вращательного движения (будем называть его активатором), расположенного в верхних слоях атмосферы, определенным интервалом времени для аккумулирования этой энергии в крупномасштабных объемах атмосферы и образованием в результате вихря - смерча, соединяющего через воронку и "хобот" земную поверхность с верхними слоями атмосферы. (Пример компиляционного по многочисленным наблюдениям описания смерча - И. Смолина. Смерч. http://www.kinderino.ru/ znania/evrica/tornado. html).

Скорость V движения воздуха в приземной области достигает нескольких сотен метров в секунду. При кинематической вязкости воздуха, равной 15·10-6 м2/с, число Рейнольдса R=V·d/ принимает значения больше 108 и, следовательно, потоки воздуха турбулентные. Однако крупномасштабность атмосферного вихревого движения приводит к тому, что мелкомасштабная турбулизация не влияет на развитие и существование вихря (Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Гидродинамика. М., Наука, 1988, с.736; Г.Шлихтинг. Теория пограничного слоя. М., Наука, 1974, с.712). Т.е. каскадный от крупномасштабного к более мелким масштабам переход кинетической энергии вихревого движения, возникающего в верхних слоях атмосферы, и в результате к тепловому излучению осуществляется очень медленно. Наземные здания в виде низкоэтажных домов и сооружения оказываются под воздействием таких давлений и ударов воздушных потоков, что разрушаются, не оказывая сколько-нибудь заметного влияния на смерч так же, как порожденная этими сооружениями мелкомасштабная турбулентность не сказывается на крупномасштабном вихре. К пояснению этого процесса можно привлечь, например, результаты работ Никурадзе И., компиляция которых приведена в вышеупомянутой книге Г.Шлихтинга. Согласно этим результатам, сопротивление пограничного слоя воздуха, движущегося относительно шероховатой поверхности с разной крупностью песка, задающего шероховатость и покрывающего эту поверхность, уменьшается с ростом числа Рейнольдса и с ростом отношения диаметра d трубы к крупности ks песка. Таким образом, на развитие и существование крупномасштабного атмосферного вихря препятствия в виде жилых строений или посадок существенного влияния не оказывают. Этому же способствуют их форма и расположение на поверхности земли.

Однако упорядоченное направленное воздействие на приземную циклическую часть потоков, стягивающихся вихрем к смерчу, приводит к активизации процесса перехода энергии крупномасштабного в энергию мелкомасштабного турбулентного вихревого движения. Поясняем это.

Количество вещества массой Dm, подвергающегося с течением времени Dt массопереносу под воздействием активатора, можно выразить уравнением

где Т - кинетическая энергия (размерность [кг·м 2/с2]);

- кинематическая вязкость среды, [м2/с];

S -площадь, [м2];

t - время протекания процесса.

Уравнение (1) состоит из двух частей. Одна, T/, выражает удельную плотность энергии движения, приобретенной средой в активной зоне, по отношению к вязкости пограничного слоя среды, пришедшего во взаимодействие с поверхностью активатора и удаленного им к периферии. Другая, T[-exp(-t/S)]/v, учитывает инерционность этого процесса. Согласно (1) процесс массопереноса инерционен. Т.е. количество вещества, проходящего в единицу времени через взаимодействие с активатором, с течением времени возрастает и стремится к своему пределу T/. Физически это проявляется так, что воронка, образующаяся в среде как следствие нарастания количества вещества, вовлекаемого в процесс, приобретает с течением времени все большую глубину. Реально же кроме развивающейся воронки на некотором этапе дополнительно образуется "хобот". Возникая в нижней части поверхности активатора, он очень быстро удлиняется и соединяется с земной поверхностью.

Вот эти два визуальных проявления и будут тем критерием, который в последующем будет определять ситуацию, развивается ли циркуляционное движение среды до состояния образования воронки или нет, если в среде присутствует элемент, управляющий этим развитием.

Обращаясь к уравнению (1), видим, что при заданных значениях параметров Т и S управление процессом возможно, если изменять значение параметра . Естественным приемом в этом случае может быть предельный вариант, когда кинематическая вязкость замещается турбулентной . Поскольку суть турбулентной вязкости - это дополнительный массоперенос (обмен) между слоями перемещаемого активатором вещества, то на развитие этого процесса требуется дополнительный расход энергии на преодоление сил трения, обусловленных этим процессом. О значениях показателя в сравнении со значениями показателя известно (в частности, Г.Кошмидер. Динамическая метеорология. ГОНТИ, М.,1938, с.376), что /=1000-1000 000, и это регистрируется синоптическими наблюдениями. Тогда при целевом, с помощью пока гипотетического устройства замещении в уравнении (1) величины на величину можно видеть, что предел T/ к которому стремится величина Dm/Dt, будет во много раз меньше значения T/. А время, в течение которого будет достигнуто значение, составляющее, скажем, 99% от T/ или от T/, будет также сокращено в соответствующее число раз. На фиг.1 схематично показаны соответствующие кривые. Это означает, что при избирательной турбулизации среды предельная энергия крупномасштабного вращения порождаемая активатором, во-первых, существенно подавляется по величине из-за принудительного перевода части ее в процесс с ограниченной степенью турбулизации среды. Во-вторых, ее увеличение до предельного значения завершается быстрее, чем в обычных условиях. При этом осуществляется "торможение" в развитии смерча над заданным районом земной поверхности. И, в-третьих, вся энергия, поставляемая активатором, за исключением минимальной, затраченной на первоначальный разгон вихря, рассеивается путем передачи в ограниченную пониженной степенью турбулентности часть среды. Обратимые трансформированные турбулизованные потоки среды, прошедшие через каналы сооружения и восходящие к активатору, в процессе вовлечения в главный вихревой процесс испытывают поперечное сжатие и продольное растяжение. Это тоже приводит к дополнительной еще большей степени турбулизации среды и нарастанию тепловой диссипации энергии. Т.е. организуется принудительная каскадная перекачка механической энергии, вплоть до ее перехода в тепловую энергию, а следовательно, уже не возвращуюся с потоком в крупномасштабное вихревое движение среды. Отсюда следует, что направленный выбор степени искусственной турбулизации возвратных потоков внутри среды допускает управление степенью развития вихря.

Геометрия атмосферного вихря задает следующие условия. Турбулизующее сооружение (устройство) должно быть расположено на земле. Использовать для управления возможно только приземные потоки воздуха. Устройство должно обладать круговой симметрией, чтобы была учтена азимутальная изотропия направления притекающих потоков воздуха. Устройство должно использовать энергию движения притекающих потоков, формировать из них новые и осуществлять возвратность их в область действия основного вихря для осуществления максимально интенсивного их взаимодействия. Устройство может быть в форме объемного тела - диска, перфорированного в гексагональном, т.е. наиболее уплотненном порядке цилиндрическими отверстиями, оси которых перпендикулярны плоскости поверхности диска. Цилиндрические каналы обладают минимальным сопротивлением, а потому будут минимально ограничивать производительность каналов по массе перетекаемого через них воздуха и задавать турбулентные возмущения в масштабе диаметра канала (Г.Шлихтинг. Теория пограничного слоя. М., Наука, 1974, с.712). Воспользуемся оценочными формулами, например, из книги А.В.Колесниченко и М.Я.Марова (Турбулентность многокомпонентных сред. МАИК М., Наука, 1999, с.336). Минимальный размер Lmin синоптического движения, способного преодолеть вязкость, определяется выражением Lmin -1/4() 3/4. Полагая Lmin=10 м (диаметр отверстия канала или размер возмущения потока), получаем оценочное значение для турбулентной вязкости =1,2 м2/с. С одной стороны, такое значение вязкости превосходит вязкость воздуха 15·10-6 м2/с при нормальных условиях на пять порядков, с другой стороны, крупномасштабная турбулентность основного подходящего потока воздуха, оцениваемая по числу Рейнольдса R=109, принудительным образом снижается на четыре порядка до 105. Последнее приводит к значительному росту внутреннего трения и способствует переходу энергии крупномасштабных движений к мелкомасштабным или вырождению. И сам процесс передачи энергии активатора среде переходит в другой стационарный процесс с принудительной передачей энергии мелкомасштабным вихрям. Этому же способствуют повышенное давление приземного турбулизованного потока воздуха по сравнению с имеющим большую скорость движения и меньшее атмосферное давлением потоком воздуха над наземным турбулизующим устройством, задающие скорость движения воздуха в каналах. А также длина (или высота) каналов, задающая турбулентное движение внутреннего потока. К тому же принудительное за счет неразрывности среды поперечное сжатие и продольное растяжение последних при вовлечении их в циркуляционное движение восходящих потоков приводит к порождению более мелких вихрей типа тех, что возникают при течении Куэтта между вращающимися поверхностями (Т.Е.Фабер. Гидроаэродинамика. Постмаркет, М.,2001, с.560.). Это и само по себе уже является фактором, способствующим ускорению перехода энергии крупномасштабных вихрей к маломасштабным и к тепловой диссипации. Изложенная картина потоков и функционирования устройства схематично представлена в виде на фиг.2.

Таким образом, искусственно с помощью управляющего элемента трансформированные, реорганизованные обратимые потоки и их турбулизация, порождающие и интенсифицирующие процесс мелкомасштабной турбулизации в атмосферных потоках, позволяют управлять процессом развития крупномасштабных вихревых движений за счет собственной энергии последних.

Оптимальные длина или высота каналов, высота расположения над земной поверхностью цилиндрического турбулизатора, геометрия расположения и число каналов, диаметр его цилиндрической опоры определяются эмпирически. Но для предварительной оценки, как на сегодня это принято в связи с уровнем развития теории сплошных сред, могут использоваться полуэмпирические теории.

Изобретение поясняется иллюстрациями, на которых:

Фиг.1. Схематически показаны зависимости Dm/Dt от t для кинематической (кривая 1) и турбулентной v (кривая 2) вязкостей.

Фиг.2. Показано взаимное расположение вихря (1), воронки (2), "хобота" (3), сооружения (устройства) (4), отдельный фрагмент из перетекающих через каналы сооружения потоков (5).

Фиг.3. На фотографиях показано образование с течением времени t вихревого движения в жидкой среде (вода): (а) - в момент касания активатора и свободной поверхности жидкости; (б) - через 5 секунды; (в) - через 12 секунд; (г) - через 20 секунд от момента начала процесса.

Фиг.4. На фотографиях показано образование циркулирующего движения в жидкой среде в присутствии решетки: (а) - в начальный момент касания активатора; (б) - через 5 секунд; (в) - через 12 секунд; (г) - через 40 секунд от момента начала процесса.

Фиг.5. На фотографиях показано образование вихревого движения в жидкой среде в присутствии решетки, покрытой изолирующей заглушающей каналы пленкой: (а) - в начальный момент времени: (б) - через 5 секунд; (в) - через 12 секунд: (г) - через 20 секунд от момента начала процесса.

Способ управления вихревым движением осуществляется следующим образом.

Ниже приводим подборку текстов из книг классиков и крупных специалистов в области гидроаэродинамики, демонстрирующие их единую точку зрения на то, что атмосфера - это жидкость. И для нашего случая физическое моделирование вихревого движения в атмосфере вихревым движением в воде не только никак не влияет на сущность изобретения, но и демонстрирует полезность использованной физической модели для изучения самого явления.

Приводим современное представление об идентичности воды и атмосферы как жидкостей:

Л. Прандтль. Гидроаэродинамика. R&C Dynamics. Москва-Ижевск 2002, стр. 18-19.

"Газы отличаются от жидкостей тем, что при помощи достаточно большого давления они могут быть сжаты до очень малого объема; с другой стороны, если предоставить любому газу большее пространство, чем то, которое он занимает, то происходит расширение газа: он равномерно заполняет все предоставленное ему пространство, но давление его при этом уменьшается. В остальном поведение газов очень сходно с поведением жидкостей: в состоянии покоя они подобно жидкостям не оказывают никакого сопротивления деформации, а при внутренних перемещениях в них как и жидкостях, проявляется вязкость. Следовательно, до тех пор, пока не происходит изменения объема, поведение газа в качественном отношении ничем не отличается от поведения жидкости, занимающей сплошь - без образования свободной поверхности - такое же пространство, как и газ".

Г.Шлихтинг. Теория пограничного слоя. Издательство М.: Наука, 1974. Стр. 24.

"..., течения газа можно рассматривать приближенно как несжимаемые... при условии, что число Маха остается малым по сравнению с единицей, или, другими словами, при условии, что скорость течения мала по сравнению со скоростью звука. Для воздуха, в котором скорость звука распространяется со скоростью 333 м/с. Число Маха при скорости течения 100 м/с равно 0,3.... Эту скорость можно рассматривать как наибольшую, при которой газы еще допустимо рассматривать приближенно как несжимаемую жидкость".

Г.Кошмидер. Динамическая метеорология. ГОНТИ. М.-Л., 1938. Стр. 307.

"Если производить опыты над холмами различной величины в одной и той же жидкости, например в воздухе, то до тех пор, пока можно не принимать во внимание изменения плотности вследствие убывания давления с высотой...".

Б.Экк. Введение в техническую гидромеханику. Госэнергоиздат, М.-Л. 1941 Стр. 16-17.

"Возникает естественный вопрос, существует ли благодаря сжимаемости газов принципиальное отличие между течениями газов и жидкостей. ...выясняется, что изменениями объема, имеющими место при течении газов, можно пренебречь и на протяжении всей гидромеханики рассматривать газы как несжимаемые.

Поэтому в дальнейшем под названием "жидкость" мы будем подразумевать как жидкости, так и газы.

Заметим еще, что изменения плотности газов необходимо учитывать в тех случаях, когда скорость течения их близка к скорости звука".

Н.Е.Кочин и Н.В.Розе. Введение в теоретическую гидромеханику. Государственное технико-теоретическое издательство. М.-Л, 1932. Стр. 8.

"Все реальные физические жидкости обладают внутренним трением и поэтому выводы, полученные при изучении движений идеальной жидкости, являются тем лучшим приближением к действительности, чем меньшим коэффициентом трения обладает данная реальная жидкость. К жидкостям с малым внутренним трением принадлежат две важнейшие жидкости - вода и воздух... ".

Заметим также, что образование вихря (смерча) указывает на то, что, если бы в верхних слоях атмосферы не было границы раздела, подобной свободной поверхности жидкости, то вихрь, связывающий земную поверхность с верхними слоями атмосферы, не образовывался бы но тогда он замыкался бы сам на себя, как тор. Атмосфера представляет собой очень тонкий слой жидкости на поверхности Земли: 10 км тропосферы при 6000 км радиуса Земли. Не привлекая специальные данные к обсуждению вопроса существования границы раздела между слоями атмосферы, будем считать, что сам факт существования отдельного вихря-смерча исключает эту необходимость.

Используется устройство, описанное далее, с помощью которого в водной среде полностью воспроизводится описанная выше (стр. 6-7) картина образования вихревого движения в атмосфере.

В цилиндрическом сосуде с водой активатор в виде заоваленного по краям вращающегося диска (торцовая часть цилиндра вращения) при соприкосновении со свободной поверхностью жидкости задает вращательное движение контактному слою. На фиг.3 а, б, в, г показаны фотографии последовательного образования вихря в воде: от состояния жидкости в момент соприкосновения активатора с поверхностью жидкости (фиг.3,а) до образования "хобота" в нижней части воронки (фиг.3,г). На некотором этапе развития воронки в ее нижней части возникает "хобот" и быстро соединяет нижнюю часть воронки с поверхностью дна. Форма "хобота" аналогична атмосферному, не обладает стабильностью и определенностью расположения в пространстве. Маковые зерна, помогающие визуализировать потоки, демонстрируют следующее. В начальный момент процесса (фиг.3,а) они находятся в состоянии покоя. В следующий момент (фиг.3,б), когда возмущение достигло дна, вся масса зерен поднимается вертикально вверх, совершая спиральное восходящее движение. Затем (фиг.3,в) устанавливается нисходящее по периферии спиральное движение зерен ко дну и спиральное сходящееся движение этих зерен к оси вращения жидкости. На фиг.3,г. уже можно видеть как воронку, так и "хобот". Дальнейшее развитие вихря приводит к углублению воронки. Свободная поверхность воронки и ее глубина со временем нарастают в темпе, согласующемся с уравнением (1).

Далее. На дне сосуда размещается решетка в виде цилиндра (диска) на сплошной центральной цилиндрической опоре, перфорированного цилиндрическими каналами с гексагональным порядком взаимного расположения, оси которых взаимно параллельны и параллельны оси цилиндра. Ось цилиндра перпендикулярна плоскости дна и поверхности жидкости. Высота h расположения цилиндра над дном в интервале от 0,6·l до 5,0·l, где l - толщина диска, не влияет на результат. Диаметр диска равен двум диаметрам сосуда. Диаметр канала равен десятой части диаметра диска. Коэффициент заполнения решетки S~0,7 (По определению Е.У.Репик, Ю.П.Соседко. Управление уровнем турбулентности потока. М., Изд. физ.-мат. лит., 2002, с.244). Заполнение сосуда жидкостью - на уровне 20 размеров толщины диска. На фиг.4 а, б, в, г показана последовательность развития движения жидкости во времени. По движению визуализирующих потоки маковых зерен можно проследить этапы развития движения. При соприкосновении активатора со свободной поверхностью жидкости масса маковых зерен остается в покое (фиг.4,а). При достижении возмущением придонной части (фиг.4,б) происходит вертикальное спиральное движение маковых зерен по направлению к активатору. Затем (фиг.4,в) формируется движение нисходящих по спирали периферических потоков, спиральное движение, сходящееся к опоре диска и восходящее через каналы вертикальное движение, сжимаемое сформированным центральным вертикальным спиральным потоком движения. Наконец, устанавливается и сколь угодно сохраняется картина внутреннего в среде турбулентного движения (фиг.4,г) на фоне всеобщего циркуляционного движения.

Наблюдения однозначно в течение сколь угодно большого интервала времени регистрируют отсутствие образования как "хобота", так и самой воронки в развитии движения жидкости. На этой стадии развитие циркуляционного движения переходит в стационарный процесс без образования "хобота" и воронки.

Извлечение активатора из среды приводит к тому, что время, необходимое для успокоения среды в случае с решеткой, требуется на порядок меньше, чем без нее. Это еще один фактор, указывающий на активное воздействие решетки на циркуляционные движения среды.

Чтобы исключить возможное влияние формы и самого тела на образование вихревого движения жидкости в виде воронки, то же тело было сверху покрыто тонкой (толщина 20 мкм) пленкой, герметично отделяющей каналы от жидкости с верхней стороны. На фиг.5 а, б, в, г видно развитие воронки и "хобота", что однозначно указывает на определяющую роль именно вертикальных каналов в процессе подавления главного вихревого движения жидкости за счет перетекающих через них возвратных потоков жидкости, формирующих восходящие к активатору потоки.

Таким образом, гидродинамическая аналогия указывает на обязательность существования эффекта подавления развития крупномасштабных атмосферных вихрей за счет их же собственной энергии с помощью наземных сооружений путем трансформации горизонтальных воздушных потоков в вертикальные восходящие потоки с принудительным понижением размеров внутренних турбулентных образований и стимулирования развития дополнительного межвихревого взаимодействия с вызванной этим интенсификацией мелкомасштабного турбулентного движения.

Такое сооружение - это, например, решетка в виде цилиндрического тела с цилиндрическими каналами, расположенными в гексагональном порядке. Оси каналов параллельны оси вращения цилиндра. Оно должно размещаться около поселений или объектов жизнедеятельности человека. Т.е. там, где образование и перемещение смерча крайне нежелательны. Это должны быть стационарные и постоянно готовые к действию сооружения. Размеры этих сооружений оцениваются из соображений подобия: размеры смерча, размеры сооружения - размеры вихря, размеры решетки в физической модели. Так при нижней границе торнадоопасной облачности, равной, например, 300 м над поверхностью земли, из данных описания следует, что высота расположения решетки-сооружения над земной поверхностью может быть оценена в примерно 10-15 м. Остальные размеры, например толщина сооружения, размеры каналов, плотность заполнения сооружения-решетки и пр., оцениваются в соответствии с данными, полученными с помощью физической модели.

Одновременно замечаем, что использованная нами решетка не ограничивает варианты возможных сооружений, обладающих каналами. Это могут быть и сооружения типа сеток, хонейкомбов, их наборов и пр. Каналы в своем сечении могут быть треугольными, квадратными, шестиугольными и т.д. Оси каналов могут быть как прямолинейными, так и криволинейными. Но в любом случае задача применяемого устройства должна заключаться в выделении из основного вихря вихрей, способных эффективно взаимодействовать с основным, затормаживая его развитие.

В нашем случае осуществляется самоподавление основного вихря путем выделения из него системы из n отдельных вихрей. На их выделение затрачивается собственная энергия основного вихря. Система из n выделенных вихрей плюс основной осуществляют совместное вращательное движение, при котором основной вихрь, отдавая часть энергии на поддержание существования n вихрей, затрачивает энергию на вращательное движение системы из n вихрей вокруг основного вихря с последующим растягиванием и поглощением этой системы основным вихрем. В свою очередь, система из n вихрей, в которой каждый из них действует на другие вихри, затрачивает собственную энергию на создание результирующего вращательного движения всей системы и на турбулизацию окружающей среды с последующей диссипацией энергии. Таким образом, масштаб турбулентности с характерным размером, равным размеру ядра смерча, переводится в меньший масштаб, равный размерам вихрей, выделившихся при прохождении жидкости через каналы турбулизующей решетки. В нашем случае решетка-сооружение является турбулизатором атмосферы-жидкости, регулярно понижающим масштаб турбулентности от масштаба смерча до вихрей, способных к осуществлению необратимой диссипации энергии вращения.

Дополнительным подтверждением, подтверждающим фактом является отсутствие смерчей в гористой местности, где восходящие потоки также приводят к деструктивным явлениям в условиях образования мощных атмосферных вихрей. Высотные же здания на равнинной поверхности, хоть и являются препятствием для воздушных потоков, но все же для них более естественны процессы обтекания препятствия с незначительной потерей энергии, нежели восхождение вихревых потоков и их взаимодействие с основным крупномасштабным вихрем.

Формула изобретения

Способ возвратно-вихревого турбулентного самоподавления крупномасштабного синоптического вихреобразования, заключающийся в том, что на земной поверхности создают за счет собственной энергии притекающих циркуляционных вихревых потоков воздуха восходящие турбулентные вихревые потоки с принудительно сниженным масштабом турбулентности для ускорения процессов рассеяния энергии крупномасштабного вихря и его вырождения, образуя мелкомасштабные вихри, которые активизируют, обеспечивая гашение энергии основного вихря, и направленно возвращают верхним пограничным потоком в основной восходящий вихревой поток.