Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Файлы

Вертинский П.А.

Статья в формате PDF

223 KB

1. Вступление

03 Октября 2009 года «ВЕСТИ.РУ» опубликовали основные тезисы Доклада Ростехнадзора «О причинах аварии на Саяно-Шушенской ГЭС», которая произошла 17 августа 2009 года, представленный в Правительство России. В этом Докладе обращает на себя внимание большой комплекс организационно-технологических нарушений и упущений ведомственного и государственного руководства на СШГЭС, которые при объективном анализе присущи деятельности этого же руководства в осуществлении организационно-технологиче-ских мероприятий на любой другой ГЭС России, но почему-то даже не упоминается гидравлический удар, о котором сообщали со слов свидетелей все СМИ в первые дни после катастрофы.

2. Возникновение проблемы

Как известно, типичным примером возникновения гидравлического удара является трубопровод с постоянным напором и установившимся движением жидкости при резком перекрытии задвижки (клапана). Теоретически явление гидравлического удара объяснил ещё Н.Е. Жуковский [1]: Увеличение давления при гидравлическом ударе определяется выражением:

                       (1),

где: D_p - увеличение давления (Н/кв. м), ρ - плотность жидкости (кг/куб. м), v₀ и v₁ - средние скорости в трубопроводе до и после срабатывания клапана (м/сек), с - скорость распространения ударной волны вдоль трубопровода (м/сек).

С начала возникновения гидродинамики процессы распространения волн в среде и образование потоков среды изучаются и исследуются относительно самостоятельно [2]. Более того, классическая гидродинамика теоретически обосновала вывод о невозможности переноса вещества среды в потоке волн данной среды, поэтому даже прямые экспериментальные измерения оставляют в стороне вопрос о проверке или уточнении такого положения, заранее не предполагая обнаружить какие-либо потоки среды в потоках волн в данной среде. Таким образом, согласно современным представлениям гидродинамической теории суперпозиция ударных волн в среде не вызывает образования потоков данной среды, сопровождаясь лишь передачей энергии волн без перемещения вещества в среде. За исторический период после фундаментальных трактатов Д. Бернулли «Гидродинамика» (1738 г.) и Л. Эйлера «Общие принципы движения жидкости» (1755г.) в гидродинамике сформировалась система уравнений движения сплошной среды (жидкости или газа), которая рассматривает среду изотропной и гиротропной [2]:

Рис.1                                        Рис.2                                                      Рис.3

                              (2),

                                       (3),

                                    (4),

где обозначены: - скорость,V - объём, ρ- плотность и F- сила давления в заданной трубке тока жидкости. Для практических расчетов  установившихся движений несжимаемой жидкости на основе уравнений (2), (3) и (4) широко используется первый интеграл Бернулли, частное решение которого для трубки тока как на рис.1 можно записать в виде уравнения:  (5). В сущности, выражение (1) Н. Е. Жуковского [1] является частным следствием известного уравнения Бернулли (5), которое выражает закон сохранения энергии для заданной трубки тока (трубопровода), где дополнительно к (1) обозначены: g- ускорение свободного падения (м/сек. сек.) и h- напор (м). Как известно, ещё Б. Риман в 1860 году в своем мемуаре "О распространении плоских волн конечной амплитуды» [2], рассматривая распространение возмущений в среде, пришел к выводу об образовании ударных волн в баротропных средах, так как:  (6). В соответствии с выводом (6) распространение возмущений плотности среды можно представить графически как на рис. 2, но с учетом второго начала термодинамики волны разрежения невозможны, поэтому реально выполняется лишь правая часть графика, то есть зависимость как на рис.3. Такие возмущения в среде называются акустическими, а описывающая их теория является линейной, не позволяя рассматривать импульсные явления с образованием в среде паро-газо-вакуумных полостей, когда жидкость уже нельзя рассматривать сплошной несжимаемой средой. Между тем, как это обнаружилось в изучении электрогидравлического эффекта, с помощью последнего представляется новая возможность техническими средствами подводить энергию в поток среды с установившимся движением, оказывая тем самым влияние на энергетический баланс заданной области среды. Боле того, оказалась справедливой теорема, что [2]: Суперпозиция волн в среде путем включения очередного источника в момент прохождения через него фронта ударной волны от предыдущего источника образует результирующий фронт волны кумулятивного характера, которая получила практическое подтверждение в десятках изобретений автора в виде принципиально новых электрогидравлических движителях, насосах и других технических решениях (см. патенты РФ №№ 1824504, 1837447, 2041376 и др.). Таким образом, внешнее нарушение энергетического баланса в стационарном потоке среды порождает импульсную ударную волну, вызывая движение сплошной среды во все стороны, то есть взрыв, который может быть направлен, например, неоднородностью среды или специальными техническими приспособлениями (отражателями, экранами и т.п.).

3. Нарушения энергетического баланса природной среды вследствие техногенного воздействия

Как глубоко обосновано на обширной статистической информации в монографии [3], воздействий на геолого-геофизическую среду подразделяется на два этапа: 1901-1950 гг. - нарастание техногенного давления, включая и первые десятки ядерных взрывов (в основном воздушного типа), и первые ракетные пуски и 1950-1990 гг. - максимальное техногенное давление на геолого-геофизическую среду, включая тысячи ядерных взрывов и десятки тысяч тяжелых ракетных пусков. В упомянутой монографии особое внимание привлекает табл. 1. Встречаемость землетрясений за 1901-1990 гг. (М ≥ 7), которую ниже приведена полностью. В табл. 1 обозначены:

М - мелкофокусные землетрясения на глубинах Н < 70 км;

С - среднефокусные землетрясения, 70 < Н < 300 км;

Г - глубокофокусные землетрясения, Н > 300 км;

R - отношение числа мелкофокусных землетрясений к сумме средне- и глубокофокусных землетрясений.

Таблица 1

4. Геомагнитный механизм экологических последствий современной раетно-космической деятельности

Разумеется, ЭГЭ [2], взрывы ядерных зарядов, общая радиоактивность, ракетные пуски, электромагнитные воздействия, ресурсная добыча полезных ископаемых и другие факторы [3], не исчерпывают весь арсенал возможного нарушения энергетического баланс природной среды. Так, например, по сообщению на стр. 8 ПОИСК № 51 от 21.12.2007, откуда сканирован приведенный рис. 4, каждый запуск КЛА сопровождается всплеском возмущения магнитосферы Земли, носит ярко выраженный релаксационный характер. Поэтому на основании одного из основных принципов динамики систем Д,Аламбера - Лагранжа, означающего, что действующие на каждую точку системы активные силы и силы реакций всевозможных связей полностью компенсированы силами инерции, то есть:

                                    (7),

где  - векторы возможных перемещений точек системы, необходимо отметить непременным условием стационарного состояния геомагнитного поля выполнение этого требования (7) динамики. Так, например, в работах автора [4] и др. на объективных геофизических положениях убедительно обоснован вывод и раскрыт механизм запуска землетрясений вследствие возмущения магнитосферы Земли запусками КЛА. Одним из мощных энергетических способов вмешательства в состояние открытых водоёмов всегда являлись сейсмические волны, постоянно порождаемые тектоническими процессами в недрах нашей планеты.

Рис. 4 (рис. на стр. 28 по [4])

Рис. 5

Рис. 6 (рис. 1.6.17 по [6])

Как известно [5], сейсмические волны - это колебания, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений, взрывов и других источников. Вблизи очагов сильных землетрясений сейсмические волны обладают разрушительной силой при доминирующем периоде в десятые доли сек. На значительных расстояниях от эпицентров сейсмические волны являются упругими волнами. Продольные сейсмические волны переносят изменения объёма в среде - сжатия и растяжения. Колебания в них совершаются в направлении распространения (см. вектор V₂ на рис. 5). Поперечные сейсмические волны не образуют в среде объёмных изменений и представляют собой колебания частиц, происходящие перпендикулярно направлениям распространения волны (см. вектор V₁ на рис. 5). Известной особенностью [5] распространения сейсмических волн является их способность при косом падении на поверхность раздела сред с различными параметрами (скоростями и плотностями) порождать волнами одного типа, например, продольными, кроме отражённой и преломленной продольных волн, дополнительно волны отраженные и преломленные поперечные. Таким образом, к поверхности Земли после землетрясения приходят потоки и поверхностных, и продольных сейсмических волн. Другими словами, сейсмические волны от эпицентра наведенного запуском КЛА землетрясения у поверхности Земли порождают минимум два потока сейсмических волн, обозначенных на рис. 5 векторами V₁ и V₂, энергии которых оказывают своё влияние на энергобаланс внутри водоёмов на пути потоков этих сейсмических волн. Действительно, амплитуда - сейсмических волн потока  вносит свой динамичный вклад в изменение члена потенциальной энергии , а изменение плотности  в потоке V₂ неизбежно вносит свой энергетический дисбаланс в уравнение Бернулли (5). Как известно [6], сложение периодических сил давления приводит к импульсному характеру силы результирующего давления при достижении полигармонического резонанса в случаях действия нескольких периодических возмущающих сил давления (см. рис. 6):

                                           (8)

в зависимости от соотношения частот  и  возмущающих сил. Пусть сейсмические волны V₁ и V₂ выражены законами:

                  (9)

и

                               (10),

где  и  согласно эмпирическим сведениям по рис. 4 (рис. на стр. 28 по [5]) убывающие амплитуды сейсмических волн соответствующих частот  и , тогда в потоках водоёма, расположенном на пути сейсмических волн  и  происходит сложение этих волн, результатом которого является изменение энергетического баланса, одним из последствий которых является результирующий импульс сил давления, то есть гидравлический удар. Конкретное проявление такого гидравлического удара может быть подобно цунами в Индийском океане 27. 12. 2004 или аварии на Саяно-Шушенской ГЭС, которая произошла 17. 08. 2009 года, как результаты возмущений магнитосферы Земли запусками КЛА, в зависимости от конкретных параметров наведенных запусками КЛА возмущений магнитосферы Земли и конкретными гидрогеологическими характеристиками региона и водоёма. Из тех запусков КЛА здесь можно вспомнить [7]: 1) в ночь с 21 на 22 декабря с. г. пуск с мыса Канаверал ракеты-носителя Delta-4 Heavy, 2) 22 декабря 2004 года в 08:30 UTC (11:30 мск) из позиционного района в Оренбургской области боевыми расчетами РВСН России осуществлен учебно - боевой пуск межконтинентальной баллистической ракеты РС-20В "Воевода". 3) 22 декабря в 22:32:06 UTC (23 декабря в 01:32:06 мск) была включена тормозная двигательная установка корабля и он устремился в земную атмосферу, 4) 11 августа 2009 запуск ракеты-носителя "Протон-М" с космическим аппаратом AsiaSat-5 [8].

5. Выводы:

1. Гидравлический удар в потоке жидкости по Н. Е. Жуковскому является частным следствием известного уравнения Бернулли, которое выражает закон сохранения энергии для заданной трубки тока (трубопровода).

2. Внешнее нарушение энергетического баланса в стационарном потоке среды порождает импульсную ударную волну, вызывая движение сплошной среды во все стороны, то есть взрыв, который может быть направлен, например, неоднородностью среды или специальными техническими приспособлениями (отражателями, экранами и т.п.).

3. Сейсмические волны от эпицентра наведенного запуском КЛА землетрясения у поверхности Земли порождают два потока (продольных и поперечных) волн, энергии которых оказывают своё влияние на энергобаланс внутри водоёмов на пути потоков этих сейсмических волн.

4. Конкретное проявление такого гидравлического удара может быть подобно цунами в Индийском океане 27. 12. 2004, или аварии на Саяно - Шушенской ГЭС, которая произошла 17. 08. 2009 года, как результаты возмущения магнитосферы Земли на многочисленные запуски КЛА, в зависимости от конкретных параметров наведенных запусками КЛА возмущений магнитосферы Земли и конкретными гидрогеологическими характеристиками региона и водоёма.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жуковский Н. Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. М.-Л., Гостехиздат, 1949. 103 с.
2. Вертинский П. А. Электрогидродинамические задачи гидравлики. В. 3, Иркутск, ИрГТУ. 2008.
3. Дмитриев А.Н., Шитов А.В. Техногенное воздействие на природные процессы Земли. Проблемы глобальной экологии. Новосибирск, ИД "Манускрипт", 2003 // http://pulse.webservis.ru/ANDmitriev/Books/TechOnNature/index.html
4. Вертинский П. А. Геоэкологические проблемы современной ракетно-технической деятельности // журнал «Успехи современного естествознания» №10, 2009, стр. 22-29.
5. Саваренский Е. Ф. Сейсмические волны. - М. «Недра», 1972, 292 с.
6. Яворский Б. М. и Детлаф А. А. Справочник по физике (для инженеров). М., «НАУКА», 1985, стр. 109 и далее.
7. Железняков А.Б. Космическая энциклопедия // http://www.cosmoworld.ru/
   spaceencyclopedia/hotnews/index.shtml?itogi_20...
8. Вертинский П.А. Причиной аварии на СШГЭС является запуск КЛА // www.gzt.ru/topnews/accidents/256940.html

Библиографическая ссылка