Многие из этих подходов получают вдохновение из самой природы: смерчи как идеальные вихревые сепараторы, образцы фазового разделения в атмосфере и гидросфере, динамика биологических жидких потоков. И если природа миллионы лет использует вихри для организации вещества, почему бы не применить те же идеи в инженерии?
Эта книга написана на стыке трёх миров – теоретической физики, инженерной практики и изобретательской интуиции. Она не обязует читать её строго по порядку. Каждый раздел – это самостоятельная идея, которую можно прочитать, обсудить, опробовать, дополнить. Где-то вы найдёте неклассические подходы, где-то – почти философские размышления на тему энергии и формы, а где-то – конкретные конструкции и предложения для изготовления.
Главное – не воспринимать поток как что-то простое. Потоки – это сложно организованные физические структуры, которые по своей сложности и красоте ничуть не уступают электрическим цепям, мозговым нейросетям или резонансным машинам.
И если мы научимся понимать язык потоков – мы сможем не просто фильтровать и отделять, мы сможем проектировать их заново. Формировать движения, в которых материя подчиняется не случайности, а архитектуре.
1. Вихревые технологии водоочистки
Очистка воды остаётся одной из ключевых тем XXI века – с точки зрения экологии, здравоохранения и индустриального развития. Среди многочисленных методов водоочистки особое внимание вызывают технологии, использующие природные принципы, не требующие химической обработки и обладающие повышенной энергоэффективностью. Одним из таких направлений являются вихревые методы очистки, основанные на управлении структурой и кинематикой потока.
Эффект направленного завихрения в трубчатых объёмах (т. н. эффект Ранка), открытый в 1931 году Жоржем Ранком, продемонстрировал, что закрученный поток способен разделяться на зоны с различными физическими параметрами – температурой, давлением, плотностью. В газообразной среде было доказано, что вихревой поток сам по себе порождает температурное разделение на «горячий» и «холодный» выходы – без применения нагревательных или охлаждающих элементов. Этот эффект положен в основу работы вихревых труб (трубок Ранка–Хильша), которые нашли широкое применение в компактных системах охладителей сжатого воздуха.
Открытие Ранка вдохновило исследователей на изучение подобных процессов и в жидких средах. Европейским пионером в этой области стал Виктор Шаубергер, который одним из первых отметил, что вода в природных горных потоках движется по спиральным траекториям, и что такие завихрения не только очищают воду, но и меняют её внутреннюю структурную организацию.