Энергия приливов и отливов.

Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят периодические поднятия и опускания поверхности морей и океанов – приливы и отливы. Наибольшие приливы наблюдаются в дни сизигий (новолуний и полнолуний)- наименьшие (квадратурные) совпадают с первой и последней четвертями Луны. Между сизигиями и квадратурами амплитуды приливов могут изменяться в 2,7 раза. Лунные приливы в 2,17 раза превышают по силе солнечные. Основной период приливов полусуточный. В устьях рек приливные волны распространяются вверх по течению, уменьшают скорость течения и могут изменить его направление на противоположное. В приливных электростанциях используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают и она вращает гидротурбины. Благоприятные предпосылки для более широкого использования энергии морских приливов связаны с возможностью применения геликоидной турбины Горлова, которая позволяет сооружать ПЭС без плотин, сокращая расходы на строительство. Эта геликоидная турбина имеет три спиральные лопасти и под действием потока воды вращается в 2-3 раза быстрее скорости течения. Размеры изготовленной из пластика турбины невелики (диаметр 50см, длина 84см), масса её 35кг. КПД турбины Горлова в три раза выше, чем у обычных турбин. У ортогональной турбины ось вращения располагается поперёк потока. Она идеально приспособлена для двусторонней турбинной ра-боты на ПЭС, так как не меняет направление вращения вала и характеристики при изменении направления течения воды по турбинному водоводу в результате чередования приливов и отливов. Эта турбина обладает более высокой пропускной способностью при холостом пропуске воды, что позволяет отказаться от применения на ПЭС водопропускных отверстий. Применение ортогональных гидроагрегатов может почти в два раза сократить стоимость и сроки изготовления гидросилового оборудования ПЭС.

11.2. Основы теории приливов.

Жидкость в океанах удерживается на поверхности вращающейся Земли силами гравитации.

ω, Lٰ = 4670км.

Рис.11.1.Вращение Луны (m_л) происходит вокруг Земли (т. О) с частотой ω, L₁ = 4670 км.

Рис. 11.2. Физическое обоснование суточных и полусуточных приливов. При нахождении Луны в плоскости экватора Земли в т. Р полусуточные приливы наблюдаются 2 раза в сутки (а). Обычно Луна не лежит в экваториальной плоскости Земли. Поэтому приливы т. Р возникают 1 раз в сутки(б).

Земля и Луна вращаются в космическом пространстве вокруг друг друга.

Центр этого вращения находится в т. О, для которой справедливо соотношение :

m_л*L = m_з*L₁ (11.1.)

L₁= m_л*L₂/(m_з + m_л) Г = 6371км (11.2.) G*m_л*m_з/L₂² = m_з*L₁*ω² = m_л*L*ω² (11.3.)

где G – гравитационная постоянная.

Элемент в т. Y испытывает уменьшение притяжения Луны и увеличение центробежной силы из-за увеличения радиуса вращения до величины

Г +L₁.

Элемент в т. Х испытывает увеличение силы притяжения Луны и уменьшение центробежной силы вследствие уменьшения радиуса вращения

Г – L₁.

В результате в океанах возникают приливы и отливы. Если Луна находится в экваториальной плоскости Земли, океанские воды стремятся стянуться в пики в точках Х и Y – максимально приближённой и удалённой от Луны.

Результирующая сила для массы воды m_в, вызывающая прилив, определится:

для т. Y

F_y = m_в*(L₁+Г)ω² - G*m_л*m_в/(L₂ + Г)² . (11.4.)

Для ближайшей к Луне т. Х,

F_x = m_в*(Г – L₁)*ω² +G*m_л*m_в/(L₂ – Г)² . (11.5.)

Окончательно имеем:

F_x = F_y = m*Г*ω²*(1 + 2L₁/L₂). (11.6.)

Т. о. ежедневно наблюдаются два приливных пика с одинаковой амплитудой, если Луна находится в экваториальной плоскости Земли. Высота солнечного прилива в 2,2 раза меньше лунного. Если Солнце, Земля и Луна находятся на одной прямой – оба прилива в фазе – прилив максимальной высоты. Если Земля между Солнцем и Луной находится в квадратуре, то приливы минимальные. Приливное движение в море имеет форму движущейся волны – приливная волна:

u = (g*z)^1/2, (11.7.) где – u – скорость волны;

z – глубина моря.