Способ моделирования нестационарных течений несжимаемой жидкости Советский патент 1983 года по МПК G09B23/12 

HJ-J.,t.

. / Г

|х X .1 л ,#- IIX Il-KL

ц/J vlL J

Э 00

л

сл

4 Изобретение относится к научном моделям в технической физике, а имен но к способам моделирования нестационарных течений несжимаемых жидкостей. Известен способ моделирования нестационарных течений несжимаекюй жид кости путем изготовления модели конденсированной среды, механического нагружения модели и регистрации течений . Способ характеризуется недостаточно высокой точностью моделировани Цель изобретения - повышение точности моделирования приближением моделируемого процесса к естественному Поставленная цель достигается тем что в способе моделирования нестационарных течений несжимаемой жидкости путем изготовления модели конденсированной среды, механического нагружения модели и регистрации течений, модель изготавливают из студней, а нагружение осуществляют давлением 5 10 Р . Модель изготавливают из водного студня желатина. В качестве материалов, моделирующих конденсированную среду, применяют студни водного раствора желатина. Затвердевшие студни обладают свойством сохранять приданную их форму, что позволяет изготавливать из студней сложные по форме модели, например, цилиндрическую оболочку. Модели изготавливают отливкой разогретого раствора с последующим остуживанием. К модели прикладывают давление от окружающей среды, происходит движени вещества модели, например, схлопывание или разлет цилиндрической оболочки, ограниченной по торцам жесткими поверхностями под действием при Ложенного извне или изнутри давления газа. Студень желатина является практически несжимаемым в диапазоне давлений Па. Сжимаемость студ желатина определяют сжимаемостью йоды составляющей основу студня. Исследование прочностных свойств студня по,казало, что давление пластичности этого материала Па. При одностороннем сжатии кубика студня tipH таком давлении происходит пластическая деформация. Это уравнение к студню, приготовленному по технологии изготовления для пищевых целей. Изменение концентрации содержания желатина в студне и температуры изменяет его прочность и вязкие характеристики.Таким образом, в диапазоне давлений 5-10 (0,05 атм) «:Р«10 Па (1000 атм) студень можно рассматривать как идеальную несжимаемую жидкость . Свойство студня желатина рести себя при неоднородном импульсном механическом нагружении как жидкость установлено в результате исследований. Такие давления импульсного харак-ера могут создаваться при помоош воздушных ударных труб, а также детонаций газообразных взрывчатых смесей водорода с кислородом, ацетилена с кислородом и др., при взрыве таких смесей возникают давления порядка 10 - 3-10 Па (10-30 атм) . На фиг. 1 изображена схема экспе.римента по ускорению жидкого кольца разлетающегося под действием внутреннего давления взрывающейся газовой смеси; на фиг. 2 - зависимость радиуса Я наружной границы кольца от времени fc после взрыва; на фиг.З схема эксперимента по увлечению; твердого шарика жидким слоем, движущимся с ускорением; на фиг. 4 приведены графические копии кадров фотохронограммы опыта, иллюстрирующие , процесс ускорения шарика. в качестве конкретного приема выполнения приведена схема эксперимента по моделированию процесса разгона цилиндрической оболочки газовой взрывчатой смесью, помещенной внутрь э.той оболочки (фиг. 1). Цилиндрическое кольцо 1 моделируют желатиновым студнем; кольцо 1 изготовлено отливом в форму или вырезанием из пластины желатинового студня. Кольцо помещают между двух толстых пластин 2 из органического стекла. Пластины 2 скреплены между собой шпильками 3. Замкнутый внутренний объем кольца 4 заполнен газовой взрывчатой стехиометрической смесью ацетилена с кислородом через газовводные трубки 5. Прочность студневого кольца сравнительно невелика, она достаточна для монтажа модели и сохранения его заданной формы в поле сил тяжести. Однако вакуумирование объема кольца исключено, поэтому заполнение газовой смесью производят продуванием рабочего объема количеством |Газа,- многократно (в 5-10 раз) пре- . вьаиающим этот объем. После заполнения объема кольца 4 газовой смесью производят ее подрыв |При помощи электрического искрового |разряда в искровом зазоре, помещенном в объеме кольца 4. Место расположения точки инициирования подрыва (искрового зазора) несущественно, так как скорость детонации газовой взрывчатой смеси (2,3 км/с) и скорость звука продуктов взрыва ( км/с) ыа- порядка превышают характерную скорость разлета кольца (10-20 см/с). Поэтому давление внутри кольца 4 должно успевать выравниваться до начала его разлета.

Шпильки 3, стягивающие пластины 2, предотвращают возможность их смещения. Пластины 2 служат для возникающего двумерного движения жесткими стенками. Поверхность пластины 2 (по данным экспериментов) не вносит заметных искажений в возникающее: течение.

Регистрацию движения кольцевого слоя и формы его границ осуществляют скоростной кинокс1мерой в направлении стрелки В.

На фиг. 2 показаны экспериментальные точки 6, расчетная кривая 7 для R.) при вязкости жидкого материала кольца равной вязкости воды; ,001 (0,01 Па).и кривая 8 при вязкости Ц ПаС (10 Па).

из сравнения расчета и эксперимента видно, что вязкостью желатинового студня после начала движения можро пренебречь.

Материал.пластины (фиг. 3) модетируют желатиновым студнем. В слое 9 студня помещают твердый шарик 10 из алюминия. Слой 9 студня с шариком 10 размещен в трубке 11 квадратного сечения с жесткими стендами и с закрытым нижним концом. Образовавшийся замкнутый объем 12 заполняют газовой

взрывчатой смесью через газовводные

трубки 13. Смесь подрывают и затем наблюдают з,а движением студневого слоя 9 и шарика 10 через прозрачные боковые стежки трубки 11 в направлеНИИ стрелкиБ. Регистрацию картины течения осуществляют при помощи кинокамеры.

Под каждым кадром картины (фиг. 4) приведено время, отсчитанное от момента подрыва газовой смеси. Твердый шарик 10 перемещается относительно верхних 14 и нижних 15 границ слоя студня, перемещающегося в трубке 11. Прозрачность слоя желатинового

студня позволяет наблюдать движение шарика относительно слоя студня и, соответственно, процесс его ускорения,

Общими чертами этих течений являются практическая несжимаемость конденсированной среды и пренебрежимо малОе влияние ее прочностных свойств на характер движения.

Предлагаемый способ расширяет возможности моделирования исследования .различных нестационарных течений несжимаемой жидкости и повышает точность моделирования приближением мозделируемого процесса к естественному.

1. СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕЧЕНИЙ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ путем изготовления модели . конденсированной среды, механического погружения модели и регистрации течений, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности.моделирования приближением моделируемого процесса к естественному, модель изготавливают из студней, а нагружение осуществляют давлением 5-10 Па, 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модель изготавливают из водного студня желатина.