Ученые НИЯУ МИФИ обосновали газодинамическую теорию восходящих закрученных потоков
Теория, как считают ученые, имеет прикладное значение, поскольку она обосновывает создание вихревой электростанции, которая будет производить электричество из кинетической энергии вращения Земли вокруг своей оси. А также созданная газодинамическая теория восходящих закрученных потоков предлагает конкретное воздействие на циклон, которое разрушит его еще в океане. При этом предлагаемое воздействие будет иметь разумные энергетические характеристики – не надо будет производить атомный взрыв.
Почему смерчи и циклоны крутятся? Почему бы теплому воздуху не подниматься от земли строго вертикально? Профессор Сергей Петрович Баутин считает, что до сих пор никто в мире не дал научно обоснованного удовлетворительного ответа на этот вопрос. А созданная Сергеем Баутиным и учениками в Снежинском филиале МИФИ газодинамическая теория восходящих закрученных потоков газа впервые дает ответ на эту загадку.
Ответ очень короткий: крутиться потоки воздуха в земной атмосфере заставляет сила Кориолиса. Так, в честь французского ученого XIX века Гюстава Гаспара Кориолиса, называют силу инерции, действующую на частицы в атмосфере Земли в направлении, перпендикулярном их общему горизонтальному движению. На Земле, как известно, самое большое проявление силы Кориолиса - на полюсах. Но там холодно и восходящих тепловых потоков нет. А на экваторе, где сильнее всего греет Солнце, сила Кориолиса равна нулю. Вот где-то посередине между экватором и полюсами, там, где тепла еще много, а сила Кориолиса уже проявляет себя, и возникают природные восходящие закрученные тепловые потоки – циклоны. При этом, в северном полушарии сила Кориолиса природные вихри закручиваются против хода часовой стрелки, а в южном наоборот – смерчи и тропические циклоны закручиваются по ходу часовой стрелки.
Разумеется, Земля крутится сравнительно медленно, и сила Кориолиса не особенно велика. Но на больших масштабах, когда мы имеем дело с достаточно большим потоком воздуха над ровной поверхностью – скажем степью ли морем – то ее действия оказывается достаточным, чтобы сильно закрутить вихрь.
Именно незначительность силы Кориолиса во многом объясняет то, что до сих пор ученые, занимающиеся атмосферными вихрями, часто не обращали на нее внимание и просто отбрасывали в своих расчетах как незначительную. Но Сергей Баутин уверен: именно это забытое метеорологами слагаемое и содержит главную тайну атмосферных вихрей, включая торнадо и тайфуны. Построенная Сергеем Баутиным газодинамическая теория восходящих закрученных потоков основана на решениях системы уравнений газовой динамики – нелинейных дифференциальных уравнениях с частными производными. При этом рассмотрена и более усложненная модель, принимающая во внимание вязкость и теплопроводность воздуха.
Важным эмпирическим подтверждением своей теории Сергей Баутин считает данные о торнадо, собранные в течение 5 лет наблюдений американским метеорологом Яной Хаузер из Университета Огайо. Данные Хаузер подтвердили, что все смерчи возникают у поверхности Земли. Расчеты школы Баутина разоблачают некоторые мифы о смерчах. Например, в википедии говорится, что смерч - это «атмосферный вихрь, возникающий в кучево-дождевом (грозовом) облаке и распространяющийся вниз, часто до самой поверхности земли, в виде облачного рукава или хобота диаметром в десятки и сотни метров». Однако, профессор Баутин объясняет, что все ровно наоборот: воздушные потоки всегда начинаются у нагретой поверхности земли и идут снизу-вверх. А впечатление, что облачный хобот спускается сверху-вниз возникает только из-за того, что водяной пар и пыль, образующие облако, хорошо видны, в то время как нижняя часть вихря может быть прозрачной и поэтому невидимой.
В Снежинском физико-техническом институте профессор Сергей Баутин создал собственную научную школу, участники которой занимаются различными проблемами газодинамики и, прежде всего, моделированием вихрей. И ученые уверены, что созданные ими модели могут иметь прикладное применение.
В первую очередь Сергей Баутин утверждает, что знает, как разрушить тайфун с помощью взрывов. Атомный взрыв для этого не понадобится – достаточно взорвать примерно 50 зарядов суммарной мощностью около 4 килотонн на конкретной высоте вокруг «глаза циклона». Сила взрыва остановит восходящее движение воздуха и циклон разрушится. И, как не парадоксально это звучит, именно из-за действия силы Кориолиса. Мероприятие конечно масштабное, но и тропические циклоны чреваты большими разрушениями – например, ущерб от тайфуна "Лайонрок", обрушившегося на Приморье в 2016 году, превысил 7 млрд рублей. К сожалению профессору Баутину С.П. не хватило «административного ресурса», чтобы убедить администрацию Приморского края обсудить вопрос об уничтожении тропических циклонов. Возможно, ректорату НИЯУ МИФИ такого ресурса хватит.
Во-вторых, Сергей Баутин со своими соавторами разработал концепцию вихревой электростанции. Мощный вентилятор создает восходящий воздушный поток, но когда поток начинает закручиваться из-за действия силы Кориолиса, то энергия крутящегося вихря оказывается гораздо больше, чем у создавшего ее вентилятора. И этот рукотворный смерч можно заставить крутить ветряк с горизонтально расположенными лопастями.
Расчеты школы Баутина до сих пор никем не опровергнуты, а его ученики вносят собственный вклад в развитие науки - так, недавно, выпускница аспирантуры Снежинского физико-технического института Ольга Опрышко защитила кандидатскую диссертацию на тему «Численное моделирование придонных частей торнадо и тропического циклона в стационарном случае».
Фото: Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ