СПОСОБ МАГНИТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПОТОКОВ ИДЕАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ Советский патент 1969 года по МПК G06G7/57 

Известны способы магнитного моделирования стационарных потоков идеальной жидкости с применением переменного магнитного поля ультразвуковой частоты и поверхностного эффекта.

По предложенному способу проводящие модели тел устанавливают внутри катушек с локализованным магнитным потоком и определяют локальные изменения потенциалов наведенного магнитного поля путем смещения моделей тел в направлении магнитных линий. При этом две равные модели крыла конечного размаха устанавливают симметрично относительно обтекаемой током плоскости, а симметричные нары проводов, моделнруюш.их свободные вихри, соединяют последовательно с последующим пропусканием тока одного направления.

Это позволяет определить воздействие потока на тела, движущиеся поступательно с разными скоростями в непосредственной близости друг от друга или вблизи ненодвижных рельефных экранов, а также моделировать обтекание подводного крыла конечного размаха при бесконечно больщом значении числа Фруда.

Осуществление способа поясняется фиг. 1 и 2.

ння, витки которой расположены так, что магнитное ноле полностью локализовано внутри нее и рассеяния магнитного потока в окружающее пространство не происходит. Если подключить эту катущку к источнику переменного напряжения ультразвуковой частоты, а в одном из ее колен в области однородного магнитного поля В с индукцией расположить нроводящую модель 2 исследуемого тела, то

возмущенное магнитное поле В внутри катушки окажется подобным сбращенному потоку при поступательном движении тела: в поверхностном слое модели возникнут вихревые токи, подобные присоединенным вихрям, заменяющим тело в однородном потоке жидкости. Созданиое этими токам;; наведенное магнитное иоле комиенсирует внешнее поле В внутри модели, а в окружающем ее пространстве - подобно вызванному потоку и простирается за

пределы катущки. Его граничные условия на поверхности модели выражаются равенством Б„ -Б, cos (Sin),

где п - внешняя норА1аль, а условие на бесконечностн вид

.

и подобно стационарному обращенному потоку в безграничной жидкости, а магнитное поле вне ее, имеющее только одну составляющую В , соответствует вызванному потоку (также в неограйиченной жидкой среде).

Расположим теперь вблизи первой модели (вне катушки) проводящую модель 3 второго тела (например, рельефный экран). Тогда вследствие скин-эффекта на ее поверхности будет выполняться граничное условие

В„ 0

и строение магнитного поля (как вне катушки, так и внутри нее) будет возмущено. Однако это не изменит значений нормальной составляющей вектора магнитного поля В на поверхности первой модели, потому что нормальная составляющая вторичного наведенного поля, созданного вихревыми тОКа.ми второй модели, здесь немедленно компенсируется полем новой системы вихревых токов., возникающих в поверхностном слое первой модели. Это свойство «введенного магнитного поля соответствует строению вызванного потока, в котором нормальная составляющая скорости на поверхности тела (независимо от присутствия других тел) всегда равна .нормальной составляющей скорости движения данной точки тела. Влияние второй модели 3 проявляется лишь В оерераопределении касательной составляющей вектора магнитного поля В, что соответствует перераспределению присоединенных вихрей в потоке жидкости.

Граничные условия и условие на бесконечности соответствуют мгновенному потоку, вызванному движением первого тела вблизи неподвижного второго тела в условиях, когда вследствие изменения взаимного расположения тел границы течения жидкости все время измеияются и движение жидкости, рассматриваемое в системе отсчета, связанной с первым телом, является нестационарным. Таки.м образо.м, вне катушки мы воспроизводим только одно вызванное течение жидкости (рассматриваемое в неподвижной системе отсчета, связанной с удаленными покоящилшся частицами жидкости), а внутри нее, где существуют обе составляющие магнитного поля В и Si - течение, обращенное по отношению к первому телу, т. е. движение жидкости, рассматриваемое в системе отсчета, связанной с первым телом. Это обращенное течение соответствует обтеканию неподвижного первого тела однородным потоком, имеющим скорость Vi.

Описанная выше магнитная модель позволяет исследовать воздействие потока на тело при его движении около других неподвижных тел, вблизи рельефного экрана и т. п.

Безразмерную скорость изменения нотенциала определяют с помощью датчика 4 магнитного напряжения в форме тонкого 1гибкого соленоида. Один его конец устанавливают в г-ой точке поверхности Л5сдели, а другой - в противоположном колене катушки так, чтобы они лежали на прямой, перпендикулярной вектору поля В. Затем второй конец датчика смещают вдоль магнитных силовых линий до тех пор, пока напряжения, индуцируемые полем BI на его участках, расположенных в первом

И во втором коленах катушки, не скомпенсируют друг друга и напряжение на выходе датчика не обратится в нуль. Направление перемещения устанавливается на опыте. После этого модель тела отодвигают от датчика на

расстояние А/ в направлении магнитных силовых линий (см. фиг. 1). Это вызывает перераспределение поля вектора В, и на выходе датчика появляется разность электрических потенциалов, соответствующая изменению потенциала наведенного магнитного иоля А|. Измерив это магнитное нанряжение с помощью компенсационной схемы и разделив его на магнитное напряжение, соответствующее смещению на такое же расстояние А/ второго

конца датчика, расположенного в невозмущенном магнитном поле В (это магнитное напряжение равно произведению BiA/), мы получи.м безразмерную величину, которая входит в формулу Коши - Лагранжа, есл-и иоследнюю привести к безразмерному виду

л „о - API.- - -(2 - Pi/ 1/,Д1+

где -локальное изменение вызванного потенциала в неподвижной точке нространства, совпадающей в начальный момент с г-ой точкой иоверхности тела, за вре.мя смещения этого тела на расстояние AL и V°- отношение вызванной скорости в точке на поверхности тела к .скорости Vi самого тела.

F, A;i

BiM

Для моделироваиия обтекания нодводного крыла конечного размаха при бесконечно большом значении числа Фруда две равные модели 1 (см. фиг. 2) :подводного крыла конечного размаха 2 размещают внутри катушки, колена которой непосредственно примыкают друг к другу. Плоскость, в которой расположены разделяюи.1ие их провода, при про.хождении ио ним тока, является поверхностью разрыва непрерывности вектора поля В, па которой он меняет свое направление, причем но обе стороны от нее магнитное ноле однородно. Одна из моделей является основной, другая - вспомогательной.

Для того чтобы магнитное поле токов, имитирующих вихревую пелену на основной модели, НС нарушило граничного условия, ировода, соответствующие свободным вихрям, присоединяют к выходящи.м кро.М1кам обеих моделей. При этом соответственные нары проводов соединяют последовательно, следя за тем, чтобы токи в сим.метрично расноложенных проводах имели одинаковые направления. Очевидно, что в этом случае, выполняя условне Жуковского - Чаплыгина на верхней (основной) модели, мы, вместе с тем, выполняем

его на нижней модели, отличающейся от нее направлением внешнего поля.

Предмет изобретения

1. Способ магнитного моделирования нестационарных потоков идеальной жидкости с применением переменного магнитного поля ультразвуковой частоты и поверхностного эффекта, отличающийся тем, что, с целью определения воздействия потока на тела, движущиеся поступательно с разными скоростями в непосредственной близости друг от друга или вблизи неиодвижных рельефных экраиов, проводящие модели этих тел устанавливают внутрп катушек с локализованным магнитным потоком и определяют локальные изменения потенциалов наведенного магнитного поля путем смещения моделей тел в направлении магнитных линий.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью моделирования обтекан ш подводного крыла конечного размаха при бесконечно большом значении числа Фруда, две равные модели крыла устанавливают симметрично отиосительно обтекаемой током илоскости, а симметричиые пары проводов, моделируюЩИх свободные вихри, соединяют последовательно с последующим пропусканием тока одного направле,.