Структурный анализ систем - [7]

1. Вредная связь между веществами (рис. 4.1):

— введением третьего вещества В₃ — схема (4.1);

— введением третьего вещества В_3, которое является видоизменением имеющихся веществ В₁ и В₂ (В₃=В^'₁, В^'₂) или самими веществами (В₃=В₁, В₂) — схема (4.4);

— введением третьего вещества В₃=В^'₁, В^'₂ (В₃=В₁, В₂) и поля П₂, которое воздействуя на В₁ или В₂ видоизменяет его В₁^»или В₂^» — схема (4.5);

2. Вредная связь между полем и веществам (рис. 4.2):

— «оттягивание» вредного действия — схема (4.7);

— введением второго поля П₂ — схема (4.8);

— введением третьего вещества В₃, которое генерирует П₂ — схема (4.11);

— введением третьего вещества В₃, которое генерирует П₂ под воздействием П₃ — схема (4.13).

3. Вредная связь между веществом и полем (рис. 4.3). Управление выходным полем:

— введением дополнительных вещества В₂ и поля П₂ — схемы (4.16) — (4.18);

— заменой имеющегося вещества В₁ на В₂ и введением дополнительного поля П₃, которое управляет выходным полем П₂ — схемы (4.20) — (4.21);

Рис. 4.1. Тенденция устранения вредных связей между веществами

Рис. 4.2. Тенденция устранения вредных связей полем и веществом

Рис. 4.3. Тенденция устранения вредных связей полем и веществом

Цель третьей группы управлять выходным полем П_2.

4.2. Устранение вредных связей введением В >3

Устранениевредных связей в системе производится введением между веществами В1и В2 постороннего третьего вещества В3.

Это описывается схемой (4.1):

Вводимое вещество В₃ может быть на макро- и микроуровне.

Задача 4.9. Подводные крылья

Условия задачи

При движении судна на подводных крыльях, на крыле, вследствие кавитации9, происходит эрозия (разъедание материала), образуются каверны и крыло теряет свою эффективность (рис. 4.4).

Явление кавитации на крыле возникает из-за его взаимодействия с водой, создающее подъемную силу, но при этом возникает гидродинамическое сопротивление; а при увеличении скорости появляются кавитационные пузырьки.

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:

В₁ — вода;

В₂ — крыло;

П₁ — 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 В₃ в соответствии со схемой (4.1). Тогда для данной задачи структурное решение можно представить схемой (4.3).

Для снижения сопротивления в качестве В₃ можно использовать:

1. Волоски (рис. 4.5) — макроуровень В₃. Они превращают турбулентный поток (поток с вихрями) в ламинарный (ровный — без вихрей).

2. Вещества с длинными молекулами (волоски В₃ 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 В₃ — 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 (В₃ 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:

В₁ — морская вода;

В₂ — подводный аппарат;

П₁ — поток воды;

В₃ — 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:

В₁ — жидкость;

В₂ — трубопровод;

П₁ — поток жидкости;

В₃ — 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