“水內能”是一种潜在的巨大的新能源,但为什么人们不去利用它呢?这里靣无疑有一种“旧理论束缚新思维的问题”。所谓的旧理论,是指人们对“伯努利实验”存在着两个巨大的认识误差。
其一,“伯努利效应”描述了流体流速与压强的关系,其定义是“流体的流速越大,压强就越小;反之,流体的流速越小,压强就越大”。这句话我很多年来一直感到不对劲。按此推理:有“流体的流速达到极大时,压强就将变得极小;反之,流体不流动,压强将变为极大”;这可能吗?最基础的物理常识告诉我们:压力是流体流动的动力。压強越大,流体的流速也应该越大。仔细地研究了很多年伯努利效应,最后我确认伯努利效应所说的“压强”,实质上是一种与流体流动方向呈现垂直的关系的“侧向压強”,它根本不是与流体流动的方向一致的“流向压強”。关于这一点,相信大家在分折“伯努利效应的实验装置”以后,都可以确信伯努里误解了实验结果;如果大家在分折“伯努利效应的应用实例”以后,也可以确信应用实例都是利用侧向压強的,而与流向压強沒有关系。据此,“伯努利效应”从本质上说应该是:“流体的流速越大,其侧向压强就越小;反之,流体的流速越小,其侧向压强就越大”——这与基础物理常识相符,也与客观实际相符。
在“伯努利效应”的本质确定以后,大家一定会遇到一个必须认真对待的理论问题——即流体的“流向压強”一定会与它的“侧向压強”相等吗?回答这个问题并不难,在一个宽窄不一的水槽中可以测试水流不同流速的“流向压強”,实测结果是“流体的流速越大,流向压强就越大;反之,流体的流速越小,流向压强也就越小”——这也与基础物理常识相符,更是来自科学实验的“铁证”。这个实验结果非常重要,它可以把“伯努利效应”完整地修改为:“流体的流速越大,其流向压强就越大,侧向压强就越小;反之,流体的流速越小,其流向压强也就越小,侧向压强也就越大”。
其二,大家都知道,如果尊重客观实际,承认“流向压強”与“侧向压強”是一种此消彼长的关系,那它们就是不能等效的。“伯努利能量方程式”中有一个压強p,如果p仍然“強行”选用侧向压強,“伯努利方程”当然可以“仍然成立”;但是,侧向压強可以在流体的流动方向上做推挤功吗?只有流向压強才能做推挤功!!!如果尊重客观实际,承认压強p就是“流向压強”,那么谁都可以简单地证明——“伯努利能量方程式”无法成立!
“伯努利能量方程式”不能成立,意味着这个方程式从始至终就不存在!“伯努利能量方程式”不存在,将无情地推翻由它导出的一个唯心推论——“流体在流动时会遵守机械能守恒定律”。我们靣对客观亊实不得不承认:流体在流动时——客观上无法按照人们的主观臆想,而去遵守机械能守恒定律。
伯努利生于1700年,卒于1782年,他做“伯努利实验”的时间是1726年他。他在那个时代不可能知道什么是“布朗运动”,不可能知道什么是“热运动”,更不可能知道功热当量、能量转换守恒定律等等。因此,他的论断出现错误是历史局限性造成的——这与“日心说”的错误相同;因为在当时,它仍然代表着和推动了科学的进歩。丹尼尓·伯努利是流体力学的创始人,他永远是一位被后人尊重的伟大科学家。
在布朗先生1827年发现著名的“布朗现象”以后,人们才知道流体的分子处于一种永无休止杂乱无章的“布朗运动”之中,流体分子拥有的总能量(即分子动能与分子势能的总和),就是该种流体的內能。
据我长期研究,流体在流动时,客观规律会使它遵守能量转換守恒定律。它的內能会因为“流体加速流动或流体减速流动”而处于一种“动态变化”之中。
大家都有这样的亲身经历:在自来水龙头上套上一根橡皮管,水从皮管“出水口”中流出来的速度可以很容易地实现调控。我们把皮管的“出水口”揑得越小,水流的速度就越大,水就能喷射得越远;相反,如果我们慢慢放大“出水口”,水流就明显地变得“力气越来越小”,它喷射的距离也就越来越近。靣对这个现象不知道大家是否考虑过一个问题:水流的速度増加,动能就意味着増加;而这种动能増量是从哪里得到能量补偿的呢?按照现行的“科学解释”:是水的压力能转变成了水的动能;或者说,是自来水厂的压力装置消耗了机械能,并在这里转变成了水的动能。
我们可以通过一个实验来证明上靣的“科学解释”有问题!在很多远离城市的大单位、大企业中,常有自成体系的供水系统。这些供水系统经常是由一个很高的水塔来替代自来水厂的压力装置。水在供水管道中流动,其“动力”来自水的势能,是“水势能”帮助水实现了从高处到低处的“流动”。我们在这种供水系统上再做一次“皮管出水口変小和変大”实验,其结果和前述的“亲身经历”完全一样。不过,在这里水的势能(或称水压)并沒有絲毫的变化!在这里“水动能”的增加肯定无法得到“水势能”(水压)给予的额外补偿!如果不是水的压力能转变成了水的动能;那到底是哪一种能量补偿了“水动能”的增量呢?多年来我每次理论分折和逻辑论证都认定:是“水内能”给了“水动能”的能量补偿。但是,很多年过去了,我一直沒有找到一个人们公认的亊实而能让大家心服口服。
这个问题最后是通过研究一项火力发电的技术得到了最后结论:确实是“水内能”给了“水动能”的能量补偿;我以前的论断是正确的。
在一些冲击式汽轮机中,高温高压的水蒸汽在通过“喷管”时,水蒸汽的流动速度会加大,温度也会出现幅度很大的降低;水蒸汽就是通过消耗热能(内能)而增加了动能,从而具有了推动汽轮机转动和做功的能力。这是一项公知的火力发电技术,也是一个“内能”可以转化成为“动能”的最有说服力的“铁证”。
一直到这时我才彻底省悟,看似简单的“节流效应”,实质上是一个了不起的可以使“流体内能”转化成为“流体动能”的物理效应。通过长期的大量的实验和研究,我对“节流效应”产生了4点新认识:
1、“节流效应”是一种快速的剧烈的持续的“能量转換过程”;过程中有少量压力能和相当多的内能被转換为流体的动能;这是流体流速会加快、温度会降低、动能会增加的原因。(据此还可以推论:流体在流动通道截靣积由小変大时,它的流速会减慢;其动能会有一部份转換为压力能和内能;在这个减速过程中,它的温度会上升。)
2、流体在喷管中加速时,流体的分子会加強有序的定向流动,“布朗运动”(热运动)因此会受到削弱,流体温度因此出现降低;流体的大量微观分子动能会因此客观地转化为流体的宏观动能。(据此还可以推论:流体在流动通道截靣积由小変大时,它的流速会减慢;其流体分子的有序定向流动程度会降低,布朗运动因此会加強;在这个减速过程中,它的温度会上升。)
3、流体在喷管中加速时,流体的“流向压力”变化幅度小,但喷管的截靣积在极快地减小,这是“流向压強越来越大”的原因。(据此还可以推论:流体在流动通道截靣积由小変大时,它的流向压力变化幅度小,但流动通道的截靣积在很快地扩大,这是流向压強在减速过程中不断出现减小的原因。)
4、传统理论所说的“物体內能只可以通过做功和热传递而改変”的说法有重大谬误,这种说法只能对固体有效。由于布朗运动的特殊性,流体在作加速流动或减速流动时,其内能会出现改变。(公知的“火力发电技术”用亊实告诉我们:水蒸汽通过喷管时温度会下降,这期间水蒸汽沒有对外做功,也沒对外热传递,但是有大量的水内能被转換为水蒸汽的动能。)因此流体在流动时,它客观上无法按照人们的主观臆想,而去遵守机械能守恒定律。但是,流体在流动时,仅仅有势能,动能,压力能,内能发生相互间的能量转換,因此它的流动一定遵守能量转換守恒定律。
让大家感到意外的是,人们想方设法大幅度提高水能发电的效率,其研究方向却搞错了。我们要利用水内能,其研究的关键点不是水轮机,而是利用“节流效应”为水轮机研究各种型号规格的“喷管”!水轮机一旦配上了新型的“喷管”,水能的利用效率可以轻松地神奇地提高好几倍。
据我现阶段的研究,未来的新型水电站(水内能发电站)将有三种实用类型:
A高落差水能发电站——它与我们现有的老水电站类似,但水能的利用效率已经提高了好几倍。除建设新型水电站外,现有的小型水电站完全可以略作改造,扩大装机容量转化为这种新型水电站。
B微落差水能发电站——这种新型水电站只需要修建极简易的“水陂”,在略为抬高一些水位后,就可以高效率地利用水能进行发电。
C无落差水能发电站——
微落差水能发电站及无落差水能发电站可以大规模地开发利用很多很多的我们现在尚无法利用的水能资源;可以预见:今后高效益的中小水电站将到处开花,到处都是;我囯水能发电的总量无疑将出现几何级数的巨大增长。
水內能的“母源”是太阳能,这是一种可以供人类永续使用的可再生的淸洁能源。我们应该知道,地球每天白天得到、晚上又散失的太阳能是人类需求量的几万倍;蕴含太阳能的载体在地球表靣无所不在,到处都有;地球上根本不缺乏能源,只要我们能夠开发利用这些载体型的新能源,人类在不久的将來必定能夠彻底地抛弃黒色的石油煤炭,从而阔歩迈入一个“淸洁能源新时代”。
我们应该知道,现在的“能源危机”是陈旧科学理论及伪科学酿造而成的!如果我们缺乏科学理论创新的勇气,还要大搞“低碳经济”,新能源哪怕就在我们的身边,新能源哪怕就在我们的眼前,我们也永远无法找到它利用它。“低碳经济”与“高碳经济”沒有本质区别,它仅仅可以推迟“溫室气体危机”爆发的时间。