Können wir theoretisch kalte Luft aus großer Höhe als kostenlose Klimaanlage in die notleidenden Städte leiten?

Ob Sie es glauben oder nicht, die Luft am Boden der Röhre wäre genauso heiß wie die Luft auf der gleichen Höhe außerhalb der Röhre. In gut durchmischter Luft nimmt die Temperatur mit steigender Geschwindigkeit ab, die als adiabatische Abfallrate bezeichnet wird. Ein nach oben verdrängtes Luftpaket dehnt sich durch den geringeren Druck aus und kühlt dabei adiabatisch ab. In ähnlicher Weise führt die Verschiebung eines Luftpakets nach unten zu einer Temperaturerhöhung. Wenn Sie Luft in Ihrem Riesenrohr strömen lassen, würde die Temperatur während der Fahrt nach unten nur wegen des zunehmenden Drucks steigen, und statt einer erfrischenden kühlen Brise, die aus dem Boden kommt, hätten Sie mehr heiße Luft. Wenn die Atmosphäre nicht gut durchmischt, aber stabil geschichtet ist, d. h. die Temperatur mit der Höhe langsamer abnimmt, wäre die Luft, die unten aus dem Rohr kommt, noch heißer.

Für eine adiabatische Druckänderung (adiabatisch bedeutet, dass dem Gas keine Wärme zugeführt oder entzogen wird)$P^{1-\gamma}T^\gamma$während des Prozesses konstant bleibt, wo$P$ist Druck,$T$ist die Temperatur (in Kelvin) und$\gamma$ist das Verhältnis der spezifischen Wärmen ($\frac{7}{5}$für Luft). Das heißt, wenn Sie den Druck eines Luftpakets um den Faktor 2 erhöhen (z. B. von einer halben Atmosphäre auf 1 Atmosphäre), ändern Sie die Temperatur um den Faktor$2^{2/7}$, oder$1.219$. Wenn also die Luft bei einer halben Atmosphäre eine Gefriertemperatur hat (273 K), dann beträgt die Temperatur nach dem Unterdrucksetzen auf eine Atmosphäre etwa 333 K. Das sind 60 C oder 140 F: ziemlich heiß.

Ich vermute hier, aber ich denke, die Temperatur im gesamten Rohr würde mit der Zeit sinken, solange die Isolierung wirksam genug ist, um zu verhindern, dass Außenwärme den Inhalt des Rohrs schneller erwärmt, als der Kaltlufteinlass oben ihn abkühlen konnte.

Wenn Sie das gesamte System umkehren und das Ende oben abschließen, das Ende offen lassen und eine Taschenlampe darunter stellen, würde dies meiner Meinung nach die Luft im Inneren von oben nach unten erwärmen, eine gute Isolierung vorausgesetzt. Ein Heißluftballon fliegt auf diese Weise, indem er mit Brennern Luft erhitzt, die durch ein offenes Loch im Boden in den Ballon aufsteigt, aber im Inneren nicht entweichen kann. Heiße Luft ist weniger dicht, sodass sie zur Spitze des Ballons aufsteigt und sich ansammelt. Es kann entlüftet werden, indem die „Entleerungsöffnung“ oben am Ballon geöffnet wird, aber das wird nur in Bodennähe verwendet, um den Ballon zu zwingen, sich schnell und fest auf dem Boden abzusetzen, damit er nicht durch Seitenwinde seitlich über den Boden geweht wird.

Der atmosphärische Druck wird durch das Gewicht der Luft aufgrund der Schwerkraft verursacht. Da die Luft im Inneren des Schlauchs kälter wäre, wäre sie auch schwerer und somit wäre der Druck im Inneren höher als der Außendruck, sodass der Schlauch versuchen würde, sich auszudehnen, wenn er aus einem flexiblen Material wäre. Das Ganze müsste jedoch gestützt werden, es sei denn, es wäre aus einem sehr starken starren Material wie ein Super-Wolkenkratzer, müsste es von oben gestützt werden. Der einzige Weg, der derzeit theoretisch möglich ist, wäre meiner Meinung nach mit Kohlenstoff-Nanoröhren-Kabeln, die an einem umlaufenden Satelliten mit ausreichender Masse und Geschwindigkeit befestigt sind, um die Zentrifugalkraft zu erzeugen, die erforderlich ist, um das Gewicht der Röhre auszugleichen. Das ist die Grundlage für einen Aufzug von der Erdoberfläche ins All, wurde aber noch nicht fertiggestellt.

https://en.wikipedia.org/wiki/Space_elevator

Wenn ich jetzt darüber nachdenke, ist eines der Probleme mit dem theoretischen Weltraumaufzug die Entwicklung des Mechanismus, der mit den Nanoröhrenkabeln interagiert, um das Kabel mit einer Nutzlast hinaufzukriechen. Sie sprachen über ein Rollensystem ähnlich einer Wäschepresse, das die Rollen drehen und den Mechanismus mit einer Nutzlast nach oben treiben würde, aber die Rollen müssten mit irgendeiner Form von Energie gedreht werden, bis sie die geosynchrone Umlaufbahn erreichten. Das ist eine Menge Energie. Wenn Sie eine Nanoröhren-Kabelanordnung hätten, die die Röhre mit unterkühlter Luft im Inneren stützt, könnten Sie einen großen, dünnen Ballon mit Helium im Inneren der Röhre herstellen, und die kalte Luft würde wesentlich mehr Auftrieb erzeugen und somit eine schwerere Nutzlast ermöglichen, obwohl die Höhenbeschränkungen wahrscheinlich immer noch wären erheblich sein, es sei denn, Sie konnten kalte Luft nach oben und dann in das Rohr pumpen. Anstelle einer Obergrenze von 120.000 Fuß oder was auch immer der aktuelle Rekord ist, könnten Sie diese vielleicht um ein beträchtliches Vielfaches erweitern, aber es würde Energie kosten, die Luft über die äußere Atmosphäre hinaus zu pumpen. Für den ersten Teil der Reise wäre es jedoch immer noch eine kostenlose Fahrt. Theoretisch könnten Sie Luft ohne zusätzliche Energie nach oben und in die Röhre bis zur geosynchronen Umlaufbahn pumpen. In solch großen Höhen steht jedoch viel Sonnenenergie zur Verfügung, um Sonnenkollektoren zu betreiben, die den Strom liefern, der zum Antrieb der Lufthebepumpen erforderlich ist. Vielleicht eine andere Möglichkeit, eine Nutzlast ohne übermäßige Energiekosten ins All zu bringen. Für den ersten Teil der Reise wäre es jedoch immer noch eine kostenlose Fahrt. Theoretisch könnten Sie Luft ohne zusätzliche Energie nach oben und in die Röhre bis zur geosynchronen Umlaufbahn pumpen. In solch großen Höhen steht jedoch viel Sonnenenergie zur Verfügung, um Sonnenkollektoren zu betreiben, die den Strom liefern, der zum Antrieb der Lufthebepumpen erforderlich ist. Vielleicht eine andere Möglichkeit, eine Nutzlast ohne übermäßige Energiekosten ins All zu bringen. Für den ersten Teil der Reise wäre es jedoch immer noch eine kostenlose Fahrt. Theoretisch könnten Sie Luft ohne zusätzliche Energie nach oben und in die Röhre bis zur geosynchronen Umlaufbahn pumpen. In solch großen Höhen steht jedoch viel Sonnenenergie zur Verfügung, um Sonnenkollektoren zu betreiben, die den Strom liefern, der zum Antrieb der Lufthebepumpen erforderlich ist. Vielleicht eine andere Möglichkeit, eine Nutzlast ohne übermäßige Energiekosten ins All zu bringen.

Wenn Sie das erweitern, stellen Sie vielleicht einfach die Röhre selbst aus Nanoröhren oder Graphenplatten her. Da es sowieso so stark ist, würde es helfen, den enorm erhöhten Luftdruck gegen die Innenwände der Röhre in niedrigeren Höhen aufgrund der massiven Säule mit Lufttemperatur nahe dem absoluten Nullpunkt im Inneren einzudämmen.

Dies würde von Details abhängen.

Ist das Rohr so ​​gut isoliert, dass es keine Wärmeübertragung über seine Wände gibt und das Gas im Inneren keine Energie von EM-Strahlung aufgrund von Sonne und Atmosphäre absorbiert? Dann ja, die Luft im Inneren kann kälter werden als die Luft draußen. Dies würde es dichter machen und somit wäre die Luftsäule im Rohr schwerer als es der Bodendruck aushalten könnte. Die Luft im Rohr beginnt sich nach unten zu bewegen, unten wird sie auf den Boden ausgestoßen, wo sie sich erwärmt und wieder aufsteigt. Die Röhre würde lokale Störungen in der Troposphäre erzeugen, ein lokales Wettermuster.

Wenn die Rohrisolierung schlecht ist, wird der Zustand der Luft im Inneren weitgehend vom Zustand der Außenluft beeinflusst und unterscheidet sich nicht wesentlich von der Außenluft. Gelegentliche Bewegungen in beide Richtungen könnten vorkommen, ebenso wie in der Atmosphäre im Tagesverlauf.

BEARBEITEN

Was Ben51 beschreibt, ist ein idealisierter fiktiver Fall, in dem die Luft, die aufsteigt, nur Energie verliert, indem sie Arbeit an der anderen Luft verrichtet, es kann keine Wärmeübertragung an den Rest der Atmosphäre stattfinden. In diesem Fall würde die Luft, wenn sie irgendwie wieder herunterkommen würde, ihre ursprüngliche Temperatur am Boden wiedererlangen. In Wirklichkeit verliert eine trockene heiße Luft aufgrund von Wärmeübertragung und Wärmestrahlung mehr Energie. Irgendwann wird eine ähnliche Menge Luft zurückkommen, nur kälter.

Konvektion "Heiße Luft oben, kalte Luft unten" tritt auch ohne Rohr auf. Die obere Atmosphäre ist eine Art Kühler für die Luft dort und auch für die Luft darunter. Das Rohr kann die Konvektion nur vorhersehbarer machen und die Luft unten vielleicht etwas kälter machen. In Wirklichkeit gibt es auch Wasserdampf und seine Phasenänderung in der oberen Troposphäre, wo die Luft kalt genug ist, wie Whit3rd feststellte. Diese Veränderung entzieht der Luft Wasser und setzt viel Wärme frei. Ein Teil dieser Wärme geht zurück in die kalte Luft und das macht die Dinge für feuchte Luft komplizierter und weniger vorhersehbar – „Wetter“.

Nein, die Dichte ist unterschiedlich, der Druck nahe der Oberfläche höher.

Um den Prozess zu erreichen, könnte man erwägen, die Luft zu einer dichteren Kugel zu komprimieren. dh verwenden Sie eine Verdunstungsblase mit hoher Oberflächenspannung, um die Luft vorübergehend einzufangen und zu komprimieren oder die Luft durch ihr eigenes Gewicht nach unten zu ziehen.

Sie brauchen eine höhere Dichte.