Структурный анализ систем - страница 9
В целом ставится задача уменьшения гидродинамического сопротивления и, в частности, не допустить вредных последствий кавитации.
Как быть?
Рис. 4.4. Подводное крыло
Разбор задачи
Представим задачу в вепольном виде (4.2).
Где:
В>1 — вода;
В>2 — крыло;
П>1 — поток воды.
Поток воды действует на крыло, создает подъемную силу (прямая стрелка) и поток воды действует на крыло, образуя гидродинамическое сопротивление или кавитационные пузырьки, создающие каверны (волнистая стрелка — плохое действие).
Это веполь с вредной связью.
Вредная связь может быть устранена введением В>3 в соответствии со схемой (4.1). Тогда для данной задачи структурное решение можно представить схемой (4.3).
Для снижения сопротивления в качестве В>3 можно использовать:
1. Волоски (рис. 4.5) — макроуровень В>3. Они превращают турбулентный поток (поток с вихрями) в ламинарный (ровный — без вихрей).
2. Вещества с длинными молекулами (волоски В>3 на микроуровне). В качестве этих веществ могут использоваться гели, полимеры и т. п. Такое явление называется эффектом Томса.
Рис. 4.5. Подводное крыло, покрытое волосками
На рис. 4.5 В>3 — этоволоски.
Подобные решения можно использовать и на других объектах, обтекаемых водой.
Пример 4.11. Подводный аппарат
В устройстве, уменьшающем сопротивление подводного аппарата, используется слабый раствор полимера (В>3 на микроуровне), образующийся в пограничном слое забортной воды при смешении подогретой жидкой смеси либо гранулированного или порошкообразного полимера с морской водой. Подогретая жидкая смесь представляет собой дисперсию макромолекул полимера, растворимую в морской воде при температуре окружающей среды, но нерастворимую в воде при температуре выше 70>о С. Когда подогретая жидкая смесь попадает в холодную воду при соответствующих условиях окружающей среды, частицы набухают и растворяются, образуя клейкую массу. В пограничном слое обтекающего потока они образуют молекулярный раствор макромолекул, препятствуя образованию турбулентного потока (рис. 4.6). В этом изобретении использован эффект Томса.
В вепольной схеме по схеме (4.1) в данном изобретении:
В>1 — морская вода;
В>2 — подводный аппарат;
П>1 — поток воды;
В>3 — клейкая смесь.
Рис. 4.6. Подводный аппарат с клейкой массой.
Патент США 3 435 796
1 — подводный аппарат, 2 — формирующая насадка (головка), 3 — радиальный канал, 4 — входное отверстие, 5 — насос, 6 — клапан, 7 — нагреватель, 8 — смесительный бак, 9 — добавка, 10 — поток воды, 11 — клейкая масса — дисперсия полимера (пунктирная линия).
Пример 4.12. Трубопровод
Для снижения потерь напора при перемещении жидкости по трубопроводу и достижения жидкостью свойства псевдопластичности в нее вводят длинноцепочный полимер, например полиакриламид, в количестве 0,01‒0,2% по весу (рис. 4.7). В этом изобретении (а. с. 244 032) использован эффект Томса.
В вепольной схеме по схеме (4.1) в данном изобретении:
В>1 — жидкость;
В>2 — трубопровод;
П>1 — поток жидкости;
В>3 — длинноцепочный полимер.
Рис. 4.7. Трубопровод
Пример 2.13. Снижение гидродинамического сопротивления
Снижение гидродинамического сопротивления может быть достигнуто за счет образования присадок под воздействием какого-либо поля из молекул самой жидкости, аналогичных по свойствам полимерным молекулам. В данном примере В>3 —присадки.
4.3. Устранение вредных связей введением В>3=В>1, В>2 или их видоизменений
Устранение вредных связей в системе производится введением между веществами В>1 и В>2 третьего вещества В>3, являющегося веществом В>1 или В>2, или их видоизменением (они обозначаются В>'>1, В>'>2).
В отличие от схемы (4.1) в данном случае В>3 вводится и не водится. Используются ресурсы системы — берутся имеющиеся в системе вещества В>1 или В>2 или их видоизменения В>1>», В>2>». Это описано схемой (4.4).
Это более идеальная схема, так как мы не вводим дополнительных веществ, а используем только имеющиеся.
Продолжим рассмотрение задачи 4.9 (подводные крылья).
Согласно схеме (4.4), в качестве В>3 может быть использованы крыло, вода или их видоизменения.
Сначала продемонстрируем примеры устранения вредных связей использованием самих веществ (крыла и воды).
