Структурный анализ систем | страница 14
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 В>3 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:
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
