Структурный анализ систем - [8]
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).
Пример 4.14. Дополнительное крыло
Для недопущения вредного действия кавитации можно использовать в качестве В>3 дополнительное крыло (рис. 4.8). Это крыло создает поток, который уносит квитанционные пузыри за крыло. Таким образом, крыло не разрушается.
Рис. 4.8. Подводное крыло с дополнительным крылом
Пример 4.15. Поток воды над крылом
Для недопущения кавитации можно использовать в качестве В>3воду.
Дополнительный поток жидкости над крылом можно создать, сделав в крыле тонкие сквозные отверстия (рис. 4.9). Тогда за счет разницы давлений (Р1 и Р2) вода с нижней части крыла будет «подсасываться» на верхнюю поверхность крыла. Напомним, что разница в давление над крылом и под крылом создается за счет формы крыла. Длина периметра верхней части больше нижней, поэтому сверху скорость прохождения потока больше, чем внизу, а следовательно, в соответствии с законом Бернулли давление будет меньше, там, где скорость потока выше.
Рис. 4.9. Подводное крыло с дополнительным потоком воды
Где: Р>1 — давление над крылом; Р>2 — давление под крылом.
Подобная подача воды в зону засасывания крыла повышает в ней давление и отдаляет возникновение кавитации при данной скорости обтекания крыла.
Чтобы подача жидкости в верхнюю часть крыла меньше сказывалась на снижении подъемной силы крыла, осуществляют отсос воды из среднего продольного канала за счет набегающего потока (рис. 4.9). Отсос создается за счет разряжения, получаемого путем потока жидкости, проходящего перпендикулярно вертикальным каналам, используя явление эжекции.
Скорость протекания воды в среднем продольном канале будет меньше, чем в верхней части крыла, а давление, соответственно, больше. При этом давление нагнетания на нижней поверхности крыла, в отличие от варианта на рис. 4.10, будет сохранено.
Рис. 4.10. Подводное крыло с дополнительным потоком воды
В крыле делаются канавки (рис. 4.11), в которых закручивается поток воды, создавая около поверхности крыла приторможенный слой воды, отдаляющий появления кавитации.
Рис. 4.11. Подводное крыло с канавками
Теперь продемонстрируем примеры устранения вредных связей использованием видоизменение веществ (крыла и воды).
Пример 4.16. Паровая каверна
Вредное действие кавитации можно предотвратить, если на верхней поверхности крыла создать искусственную газовую каверну (газовый пузырь вокруг крыла), которая поглотит кавитационные пузырьки.
Кавитацию можно предотвратить, если крыло будет двигаться в газовой среде — в газовой каверне (газовый пузырь вокруг крыла). Газовую каверну можно получить путем:
Видоизменение воды
Превратим воду в газ — пар (фазовый переход первого рода). Если нагреть крыло, то вокруг него образуется паровой пузырь (паровая каверна). Каверна (рис. 4.12) позволит не только предохранить крыло от эрозии, но и уменьшить сопротивление движению крыла в воде.
В>3 = В'>1 — пар.
Рис. 5.25. Подводное крыло с паровой каверной
Разложить воду на кислород и водород.
В>3 = В>'>1 — кислород и водород.
Пример 4.17. Ледяной покров
Для предупреждения квитанционной эрозии гидродинамических профилей, например подводных крыльев, используется защитный слой, представляющий собой корку льда (а. с. 412 062), постоянно намораживаемого на поверхность крыльев (фазовый переход первого рода) (рис. 4.13).
В>3 = В>2>» — лед.
Рис. 4.13. Подводное крыло, покрытое коркой льда
Пример 4.18. Видоизменение крыла
Можно изменить форму крыла, так чтобы кавитационные пузыри образовывались только ближе к задней кромке крыла и потоком воды выносились за его пределы (геометрический эффект). Таким образом, схлопывание пузырей будет происходить не на крыле. Видоизменение профиля (формы) крыла представляет собой как бы переворачивание его на 180>о (рис. 4.14).
Рис. 4.14. Видоизмененное подводное крыло
Можно изменить форму крыла (геометрический эффект), так чтобы оно само создавало сплошную квитанционную каверну, которая замыкается вне профиля крыла и не разрушает его. Крыло такой формы называются суперкавитирующим (рис. 4.15). Это осуществляется за счет создания суперкавитации.
В>3 = В>’>2 — другой профиль крыла.
Строго говоря, в примере 4.15 рис. 4.9‒4.11 тоже демонстрируют изменение крыла.
Рис. 4.15. Суперкавитирующее подводное крыло, создающее сплошную кавитационную каверну
4.4. Устранение вредных связей введением вещества В
