НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ ЖРФМ № 1—12, 1998 г.

РУССКОЕ ФИЗИЧЕСКОЕ ОБЩЕСТВО

Ю.И. Володько

ЛАМИНАРНОЕ ИСТЕЧЕНИЕ СЖАТОГО ВОЗДУХА В АТМОСФЕРУ И БЕСТОПЛИВНЫЙ МОНОТЕРМИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ
полная версия статьи

Москва

«Общественная польза» 1998

ПРЕДИСЛОВИЕ

Исследования истечения сжатого газа через сопло (щель) в среду, заполненную тем же газом при более низком давлении, (например, [ I ] ) известны уже достаточно давно. В этих исследованиях обычно рассматривается важный для практики случай истечения со звуковой или сверхзвуковой скоростью. Развитие струйной техники [ 2 ] обусловило интерес к истечению .воздуха с относительно небольшой скоростью (в том числе к ламинарному истечению). Поиск новых возможностей для создания тяги или подъемной силы [ 3 - 6 ] определил необходимость исследования ламинарного истечения сжатого воздуха в атмосферу.
При выполнении такого экспериментального исследования [ 3 ] получены вполне приемлемые для практических целей значения тяги на единицу несущей поверхности, и кроме того обнаружено, что располагаемая механическая энергия истекающей струн значительно (в два и более раза) превышает механическую энергию, необходимую для сжатия воздуха. В дальнейшем этот последний результат многократно повторился при испытании разнообразных сопел (например, [ 5 ]). Избыток механической энергии не может быть в этом эксперименте ни откуда взят кроме, как из окружающей среды, точнее из атмосферного воздуха, в котором, однако, энергия находится не в виде механической энергии, а в виде рассеянной тепловой энергии. Следовательно, ламинарная струя сжатого воздуха представляет собой прямой преобразователь внутренней тепловой энергии атмосферного воздуха в механическую энергию, и, мало того, для подобного преобразования необходим только один уровень температуры воздуха, независимый от работы преобразователя
Автор отчетливо представляет себе, что подобное утверждение, прямо противоречащее второму началу термодинамики в его общепринятых в настоящее время формулировках (и признанных границах его применимости ), не вызовет сочувствия и поддержки у большинства из той части научной общественности, интересы которой близки к теплофизике (в частности, термодинамике) и ее инженерным приложениям. В последнее время (с 1991 года) дискуссия о втором начале термодинамики обострилась. На основе идеи К.Э.Циолковского ( 7 ] в ряде опубликованных работ [ 8 - 12 ] предлагается существенная коррекция формулировок второго начала и пересмотр границ применимости последнего. Дважды - в декабре 1996 года и в марте 1998 года, в Москве под патронажем РАН и Миннауки прошли представительные семинары по этой тематике Обрели известность и российские инициаторы пересмотра второго начала - Г.Н Буйнов, В.Г Родионов, В.И Лихачев, Е Г Опарин, Г.В.Скорняков и др В понимании автора, сущность их представлений состоит в том, что в замкнутой системе, каковой является (по Клаузиусу) Вселенная, где повсеместно постоянно присутствуют поля тяготения, все процессы могут самопроизвольно произвольно только в "прямом" направлении, определяемым вторым началом термодинамики в его традиционных формулировках, - от более нагретого тела к менее нагретому, т.е. в направлении уменьшения соответствующих градиентов, от меньших значений энтропии к большим, т.е. от упорядочения к хаосу, но и в противоположном, "обратном" направлении. При этом, что особенно важно, процессы, идущие в "обратном" направлении, имеют место не где-то в отдаленных частях бесконечной вселенной или иных мирах (см. [13 с.84, 14 с.64]), а здесь же, например, на Земле и конкурируют с процессами идущими в "прямом" направлении.
Определились и убежденные сторонники традиционных взглядов на второе начало - в России это профессора Л.М.Семенов, В С.Воробьев, Л.М Биберман, Э.Э.Шпильрайн, В.М Бродянский, акад. В.В.Сычев и др., которые и определяют сейчас мнение РАН по этому вопросу
Следует понимать, что практически во всех науках - и в термодинамике тоже, аксиоматическая база или начала являются, обычно самым слабым местом той или иной науки, основываясь, как правило, на некоем неопределенном и неограниченном совокупном опыте человечества, допускающем весьма разноречивое толкование в каждое данное время и склонном сильно изменяться с течением времени. К тому же начала термодинамики, и, в особенности, второе начало, абстрактны, с трудом допускают их непосредственное чувственное восприятие человеком. Поэтому гипотетическое второе начало термодинамики в формулировках, основанных на идее К.Э.Циолковского, обосновано, на взгляд автора, этим опытом ничуть не хуже, чем второе начало в его общепринятых формулировках. Это последнее несмотря на 150 лет его существования и поныне представляет собой гипотезу, скорее всего в целом, т.е. в общепринятых границах применимости второго начала (см [13 с.82]), не допускающую строгого логического доказательства и исчерпывающей опытной проверки.

Следовательно, в качестве второго начала термодинамики в настоящее время существуют по крайней мере две равновеликих гипотезы. Думается, что нет никаких научных (да и просто законных) оснований для блокады сведений о других (кроме общепринятых) формулировках второго начала, наблюдающейся в российских научных журналах и иных информационных средствах, впрочем также и за рубежом. Примерами такой информационной блокады является заявление редакционной коллегии петербургского «Журнала технической физики» по поводу опубликованной в нем статьи Г.В.Скорнякова о втором начале термодинамики, а также решение Оргкомитета научных чтений памяти К.Э.Циолковского от 8 июня 1998 года, отказавшего в создании секции для рассмотрения научных трудов в развитие работы К.Э.Циолковского в области термодинамики. Поистине удивительным образом благодарные потомки разбраковывают научное наследие великого ученого! Россия уже имеет печальный опыт внедрения единообразия в мысли, например, в генетике и кибернетике, обернувшийся сейчас глубоким отставанием в генной инженерии и компьютерной технике.

Автор пытался, насколько это возможно, придерживаться в данной работе только фактов, добытых им в эксперименте или при теоретических изысканиях, не вдаваясь в рассмотрение общетеоретических и мировоззренческих вопросов. Тем не менее автору ближе сторонники критического, нетрадиционного подхода ко второму началу, хотя бы потому, что, с одной стороны, предлагаемая ими гипотетическая картина мира более изящна и не противоречит царящей в нем всеобщей сбалансированности, а с другой -более оптимистична и отрицает безнадежность, свойственную традиционному взгляду, как в общетеоретическом плане («тепловая смерть Вселенной»), так и в более близкой практической перспективе (надвигающаяся экологическая катастрофа и истощение запасов энергоносителей). Полученные результаты по ламинарному истечению сжатого воздуха в атмосферу вполне могут рассматриваться как одно из подтверждений правильности идей К.Э.Циолковского в области термодинамики. В то же время эти результаты позволяют предположить, что для существования процессов, идущих в упомянутом выше «обратном» направлении, не всегда обязательно наличие полей тяготения.

..............................................

8.5. Создание действующего макета бестопливного монотермического двигателя и общественное мнение

Специфика предполагаемого создания действующего макета бестопливного монотермического двигателя состоит, в частности в том, что кроме вопросов научного и технического характера, организационных вопросов, в частности, вопросов финансирования при попытке осуществления этого проекта обязательно возникнут проблемы, связанные с предубеждением, касающимся возможности создания монотермического двигателя (по другой терминологии - «вечного двигателя второго рода») и существующим как в среде научно-технической интеллигенции, так к среди управленцев, и даже среди людей, не имеющих к этим проблемам вообще никакого отношения. Несомненно существует давно утвердившееся общественное мнение не в пользу указанного двигателя, которое сложилось исторически за длительный (порядка 150 лет) промежуток времени. Возникновение этого предубеждения и его развитие со временем достаточно подробно описаны в работах Е.Г.Опарина и В.И.Лихачева (например, [ 9 ], [ 12 ] и др.). Так или иначе но это предубеждение укрепилось в сознании достаточно широких слоев населения в России и за рубежом, и неразумно не учитывать его при попытках создания этого двигателя

Попытаемся, не втягиваясь в полемику, возможен «вечный двигатель второго рода» или не возможен, и не касаясь истории вопроса, как-то подытожить впечатления от многочисленных докладов, сделанных автором и посвященных изложению рассмотренных в этой работе экспериментальных и теоретических результатов, и следовавших за этими докладами обсуждений. Хотелось бы при этом остановиться преимущественно не на том, что при этих обсуждениях говорилось, а как говорилось (а затем и писалось в различных письмах-ответах и заключениях ( 23 ]). Собственно, хотелось бы коснуться скорее человеческой, психологической стороны этих обсуждений, ответов и заключений.

Первое и главное заключается в том, что российское (и не только) общественное мнение вполне созрело для того, чтобы принять некий проект (или проекты) бестопливной энергоустановки. У большинства населения, в том числе и у участников обсуждений уже имеется понимание невозможности сохранения существующего положения в энергетике и транспорте [ 24 ], которое связано с задымлением атмосферы н изъятием из нее кислорода, с парниковым эффектом, глобальным потеплением климата и озоновыми дырами, авариями атомных электростанций, танкеров, нефтегазопроводов, и многими другими проблемами, а в конечном итоге - с надвигающейся техногенной экологической катастрофой. По-разному оцениваются сроки истощения запасов органического топлива - углеводородного и других. Все чаще этот срок, например, для нефти и газа оценивают при нынешних темпах добычи в 20 - 30 лет. Скорее всего темпы добычи со временем будут возрастать. Вряд ли население России и других стран пойдет на то, чтобы отказаться от ставшего привычным комфорта, от современных удобств, от радостей свободного перемещения по планете, т.е. на то, чтобы сознательно умерить свои желания. Проект бестопливной энергоустановки нужен, нужен до зарезу, нужен именно сейчас. Здесь уместно привести цитату [ 24 ]: «Согласно «Новой энергетической идеи», основной упор должен делаться в первую очередь на постоянный рост производства и потребления «чистых» и возобновляемых источников энергии.» И еще - «ожидаемые бедствия, в случае, если призыв не будет услышан, превысят затраты, связанные с реализацией предложенной идеи».

В этом смысле авторы ряда проектов монотермических двигателей (В.И.Лихачев, Г.Н.Буйнов, Н.Е.Заев, автор настоящей работы и др.) порождают некоторую в большой или меньшей степени обоснованную надежду на какое-то решение проблемы. Каждый из перечисленных энтузиастов трудится сам по себе и ведет исследования на собственные средства. При этом совершенно не очевидно, что хотя бы один из предложенных проектов окажется именно тем проектом, который совершит переворот в энергетике. Вместе с тем, результаты каждого из перечисленных исследователей определяют свой особый (хотя может быть и ложный) путь к созданию бестопливной энергоустановки.

По-видимому, к описанному положению можно относиться двояко. Можно опираясь на привычные, основательно выученные в ВУЗе и регулярно внедряемые в головы уже новых поколений студентов представления, используя умозрительные рассуждения н основанные на них расчеты, щедро тратить свое и чужое время на доказательство принципиальной невозможности реализации названных предложений. Такое отношение к сырым, крайне недостаточно проверенным проектам, к тому же противоречащим установившимся научным представлениям, психологически вполне оправдано. В этом смысле характерно высказывание одного из участников обсуждения в марте 1998 года, сводящееся к фразе: «Вы нам давайте факты!». При этом как-то не принимается во внимание, откуда и на какие средства возникнут эти факты. Но этот подход не несет в себе позитивного зерна, его приверженцы внутренне смиряются с очевидностью надвигающейся катастрофы, рассчитывая на то, что она разразится еще не скоро, наше поколение ее не увидит и т.д., а там, глядишь, проблема как-нибудь и будет решена. Такой подход, как правило, демонстрируют специалисты, увенчанные высокими научными степенями и званиями, далеко продвинувшиеся по служебной лестнице. По-видимому, сложившееся стабильное положение в этой области науки устраивает их больше, чем неизбежная сумятица при пересмотре ее основ. Любопытно, что, предложения сторонников создания бестопливных двигателей, казалось бы абстрактные, вряд ли в настоящее время непосредственно задевающие чьи-либо деловые интересы, вызывают бурную полемику, категорическое неприятие этих предложений, целый спектр эмоций, включая язвительность, насмешки. откровенную и грубую враждебность, демонстративное пренебрежение и равнодушие [ 23 ].

Возможно и иное отношение к названной проблеме Можно принять как данность, что своими силами на одном энтузиазме разработчики проектов бестопливных двигателей исчерпывающих доказательств возможности осуществления этих двигателей в ближайшее время не представят и ничего кроме упомянутой надежды не породят. В известной степени авторы проектов бестопливных двигателей попадают в некоторый порочный круг -материальных средств к моральной поддержки им не предоставляется потому, что они не представляют исчерпывающих доказательств возможности создания такого двигателя, а без этих средств и поддержки им никогда таких доказательств не получить. При этом, однако, ввиду крайней актуальности проблемы вполне возможна некоторая подвижка научного общественного мнения от презумпции принципиальной невозможности создания монотермическнх двигателей к позиции более гибкой, более оптимистичной. Эта новая позиция должна проявиться прежде всего в допущении публикаций по монотермическим двигателям в «серьезных» научных журналах на равных правах с прочими научными публикациями. Непонятно кем и когда установлено, что ошибочные (или таковые по мнению редакционной коллегии) материалы вообще не должны публиковаться Л ведь иная ошибка в научном отношении будет повыше вполне правильного, но тривиального научного исследования!

Указанная новая позиция должна сказаться также и в подходе к финансированию работ по монотермическим двигателям. От существующего сейчас полного отказа в финансировании как по государственным источникам, так и от частного капитала можно перейти к инвестированию под государственную гарантию, спонсорскому финансированию Представляется, что финансировать эти работы могли бы и естественны! монополии в качестве почти символической платы за принадлежащие России невозобновляемые энергоносители. Целесообразно и справедливо чтобы эти монополии вложили средства в поиск энергетических неточны ков будущего, того недалекого будущего, когда иссякнут энергоносители.

Словом, немногочисленные разработчики проектов монотермических двигателей ждут от общества некоторого аванса как в материальном так и в моральном и научном смысле, аванса, для которого в силу специфики проблемы и сложившегося отношения к ней общественного мнения крайне затруднительно определить дату, порядок и условия его возврата Впрочем и у общества, похоже, нет выбора - давать этот аванс или не давать. Затянувшийся на сотни лет глобальный эксперимент по добыче и сжиганию органических топлив, по выделению в окружающую среду различных видов энергии, не вписывающихся в естественный энергетический круговорот Земли, по насыщению вод, атмосферы и тверди чуждыми природе веществами, по грубому изменению естественных ландшафтов придется все-таки остановить во избежание общепланетарной катастрофы, и единственная сейчас гипотетическая альтернатива, приемлемая по масштабам производства энергии - это создание бестопливного двигателя-концентратора рассеянной тепловой энергии.

Поручать проверку проектов бестопливного двигателя существующим в России научно-исследовательским институтам подходящего профиля бессмысленно из-за упомянутого выше предубеждения по отношению к такого рода двигателям. Кроме того при нынешнем (в конце 90-х годов) положении институтов изысканные для проверки проектов относительно небольшие средства сразу же уйдут на заработную плату всему институту. Целесообразнее, по-видимому, создать небольшую государственную венчурную фирму научно-исследовательского профиля по бестопливным двигателям, а при необходимости могут быть привлечены институты или отдельные специалисты по договорам.

Кстати, далеко не каждый квалифицированный специалист пригоден для выполнения такого рода работ. Внутренняя психологическая установка на невозможность создания бестопливного двигателя, сформированная обучением и воспитанием, сама по себе вполне может определить получение отрицательных результатов. Такую внутреннюю психологическую зажатость демонстрируют обычно прикладники - «технари», использующие термодинамику в своих технологических разработках, но далекие от обсуждения ее основ, например, специалисты по конструированию и испытаниям компрессоров. Участнику подобной работы кроме специальных знаний и навыков необходима широта взглядов, терпимость, энтузиазм и своего рода вера в реальность задуманного проекта.