Структурный анализ систем. Вепольный анализ. ТРИЗ

Вводимое вещество В

может быть на макро- и микроуровне.

Задача 4.9. Подводные крылья

Условия задачи

При движении судна на подводных крыльях, на крыле, вследствие кавитации[9 - Кавита?ция (от лат. Cavita – пустота) – процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром самой жидкости. – Материал из Википедии.], 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:

В

 – вода;

В

 – крыло;

П

 – 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

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

Для снижения сопротивления в качестве В

можно использовать:

1. Волоски (рис. 4.5) – макроуровень В

. Они превращают турбулентный поток (поток с вихрями) в ламинарный (ровный – без вихрей).

2. Вещества с длинными молекулами (волоски В

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

 – это волоски.

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

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

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

 – морская вода;

В

 – подводный аппарат;

П

 – поток воды;

В

 – 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.