путем регулирования изменяют амплитуду волн, а при изменении числа оборотов - их длину. Однако такое устройство содержит большое количество оборудования, трудно перестраивается с одной частоты на другу и пригод- 5
но в ооноБном для получения периодических волн. Применение этого устройства для моделирования нестационарных процессов сложно иэ-за инерционности элек1ромехаьшческих преофазователей;
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования нелинейных волнсшых процессов в диспергирующих средах, содержащее канал с электропроводной жидкостью, источник переменного электрического тока, датчик параметров волн на поверхности жидкости и блок индикации 2.
Однако в этом устройстве при моделировании нестационарных процессов из-за переходны.х искажений в электродинамическом щ)еобразователе сложно управлять амплитудой, шириной и формой начального воамуще- шш, что особенно важно тфи моделировашси нелинейных волн. Кроме того, возб уждение вибраций всего сосуда не позволяет достаточно точно задавать граничные условая и начальные условия возншсновевия гидродина мйнесЕОго возмушення жидкости.
11елью изофетешя является повышение точности моделщювания, Поставленная цель достигается тем, что в предложенное ycTpofcrrao введены электроды, жестко устансжлениле на стенках канала расположенные под углом один к другому, длина которых в 20 раз мешзше длины кана ла. Электроды совдиж лы с источником переменного тока. Канал установлен в поле пос- ТОЯННО1Ч) магнита а направление поля перпеаовкулярно поверхности электропроводной жидкости, заполняющей канал.
На (. 1 показано предложенное устройство, вид спереди; на фиг, 2 - то же, вид сверху.
Длинный канал 1, боковые стенки которого направлены под углом одна к другой, заполнен электропроводной жидкостью, Iiaпpимe однонормальным водным раствором Си S Од.
Канал выполнен из немагнитного неэлектропроводного материала. На участке канала жестко закреплены на боковых стенках электроды 3 длиной 2, , которые более чем в 20 раз меньше длины канала Е° (, ). Этот участок расположен между полюсами постоянного магнита 4. Электроды 3 соединены гибкими проводками 5 с источником переменного электрического тока 6, Датчик 7 параметров волн па поверхности жидкости состоит из гонкого цилиндрического вертикалы
кой пластины, расположенной на дне канале непосредственно под электродом 8,
Блок индикации электрически соединен с электродами датчика 7, состоит из неравновесного моста 11 переменного тока, звукового генератора 12 для питания моста, согласующего трансформатора 13, селективного усилителя и осциллографа 15.,
Устройство работает следующим образом. Известно, то при пропускании тока плотностью j 5 О, jJ-H, g д. J в ск-ещенном магнитном поле в тангенциальном направлении к поверхности жидкости: возникает объ мзаая магнитогидродинамическая силаТ /иД И , приводящая в движение весь объем жидкости расположенный между электродами в магнитвом попе. Действие этой сипы вызывает волновое движение на поверхности жидкосга, поsTOMj при прохождении через электропроводщпо жидкость электрического тока,, например импульсной формы от источника 6 на поверхности жидкости на участке канала, расположенном между электродами и находящемся в магнитном поле, возникает пов хностная волна, которая расз1ространяется вдрль канала. При прохождении волны мимо авлин(ф0ческого электрода 8 меняется площадь кон такта этого эяекчрода с электролитом.
Проводимость датчика прямо пропорционально гдубине его погружения при диаметре датчика, меньшем , чем удвоеетая длина гпуби ны тюгружания с 2 Н , где И - глубина слоя з шдкости. Изменение проводимости датчика приводит к изменению напряжения раэбаяанса моста 11, которое усиливается усипитепем 14 и подается на экран осциллографа 15, на котором наблюдается сигнал, модулированный низкочастотным сигналом, пропорциональным по амплитуде и длительности поверхностной волне и соответствукниим ей по форме,
Запуск развертки осциллографа синхронизирован с запуском источника тока 6. Частота питания моста 11 выбрана таким образом чтобы она была много бопьше частоты иссле
дуемых процессов и чтобы емкостное сопротивление датчика было бы много меньше его активной составляющей.;
Распространение капиллярно-графитациокных волн на поверхности жидкости описывается уравнением Кортевега-де Вриза-Бюргеркогда длина волны Я много больше .,
са. но расположенного электрода 8 диаметром cJ , укрепленного на планке 9 и погруженного в жидкость на глубину h которая бопь ше диаметра электрода и амплитуды регистрируемых волн, и электрода Ю в риде уравнение имеет вид аи „аи а% 0,при.Ь-«а. (2) Qi. При этом С Vgh , где g - ускорение силы тяжести; ЛЛ /)g j где ос - коэффициент поверхностного натяжения жидкостнг /Э - ППОТНОСТЬ ЖИДКОСТИ jU , равно кинематической вязкости. Начальные условия этого : у равнения задаются в виде U(x,i)U(x,o)--Uo(f-),(3) UQ - амплитуда волны жидкое тй| i. 1 азмерная функция, характернзу юшая начальный профшсь волны; А - ширина импульса. Таким офазом, изменение в модеяв коэф фацкентов дисперсии и диссипации ;мржно щю иаводи1Ъ либо уменьшением тонщнны споя жидкости, либо изменением (ганческв: рактеристик жидкости (поверхностного ва ояжения и вязкости) например вом изменения температуры. В предлагаемом устройстве наряду с иэменешсем указанных параметров мовсво управлять амплитудой и формой начального воэ мужения. Скорость V потока жидкости, воэ НЕкаюшего между электродами нрв ЦЗЁСТВШЕ сщ аенных электрических и магнитных нолей, определяется выражением ЛЛ j . PgdHb U где b - расстояние между электродамв; jгJof(i)- плотность TOKaj . {(i) - функавя« характеризующая изменевне тока во временн{ J Q - ,аышш1уда пяотности тока. Следовательно, изменяя амплитуду плотности тока Ш1Н напряженность мшннтаогб поля, можно создавать различные веончвны и формы начального возбужденца. Для моделирования нелинейных воявовых процессов посредспзом тфедлагаемого усчрой ства наиболее целесоофазно применять нк пульсную возмущаюпцгю силу, возникающую при пропускании через электролит в поотояаном магнитном поле электрических импульсо В этом случае можно получить значительные начальные величины скорости жидкости сравниваемые со скоростями капиллярно-гравитационных волн, без нагрева жидкости и изменения ее физических параметров. При пропускании электрических кратковре менных импульсов, (т.е. им1Ольсов со вре568 менем, много меньшим времени прохождения волны межйпертроцяого промежутка) устройство работает в два этапа. На первом (вспомогательном) кратковременном этапе, равном времени действия импульса 7Г происходит возбуждение волн. На этом этапе движение жидкости описывается неоднородным уравнением, левая часть которого совпадает с выражением (2), а правая содержит функцию,, характеризующую объемно распределенное магнитогидродина 1яческое давление Р (ч ) т.е. уравнение имеет вид L(u)P(x,t), L (и ) - нелинейный дифференциальный оператор. Это уравненке имеет точные решения только при малых амплитудах и когда эффектами йэлинейности и дисперсии можно пренебречь, Этймй эффектами можно пренебречь и при кратковремешгых: импульсах, как за .время прохождения межэлектродного импульса OSH в® успевают проявиться. В атом случае скорость волны ЖИДКОСТИ прямо пропольциональна иьшульсу магнйтогидр о динамических сил, т.е.л. tt U(x,t)-jaHdi-JoHoJ) шпряженность постоянного магнитного поля, не зависящая от t , Щш QTOMj амплитуда волны П пропорциова1шна амплитуде плотности тока, а форма 6© охфеделяется только формой электрического нмаувьса. это, можно задавазг траничвые с достаточной TO4BEOct%s яосредст вом нзмене ща амолшуда формн эпектрнчесЕого вмцульса щ)оаессы 4юрмообразовання которых ; научены. Аналогичная картина набшодветсй при переходе от скоростей к смещениям свободной поверхности -л ..При малой амплитуда уравнение (2) приводится к известному линейному волновому .уравнению и при действий возмущающей силы оно приводится к нбоднфодному волновому уравнению, которое имеет известный вид решения(g) t x+Co(-t4t).i (.t)J fр(г)(г)а1;, о K-Co(i-t)о где P (X , t ) -: объемнораспределенное давление. Как видно из уравнения (8) форма волны также определяется амплитудой и формой нмпульса тока. Таким образом, на расстоянии 4-5 см от межэлектродного промежутка между амплитудой тока ) н величиной волны нмее ев линейная зависимость. По прекращении действия элекоричаского импульса начинается второй (основной) этап работы устройства. По окончанш- импульса можно говорить уже о чистой гидродинамической задаче- решения однородного уравнения Кортевег- -де %1иза-Бюргерса с неоднородными начальными условиями, определяемыми начальным возмущением жидкос1и. Точность задания начального условия определяется точностью измерения импульса. Так как скорость капиллярно-гравитацио ных волн составляют ЗО-4О см/с, то за время импульса возмущение распространяется не более, чем на 2-3 см, т.е. начиная с расстояния 4-5 см можно правомерно пользоваться моделью. Однако решения Кортевега-де Вриза-Бюргерса для различных сред аналогичны, если будет соблюдаться условие . t9) где К - волновое число. В терминах смещения свободной поверхности, от положения рав новесия это выражение может быть приведено к виду ..,j где амплитуда волны. Следовательно, изменение скорости жигкости определяется изменением скорости или амплитуды водны на определенном расстоянии от межэлектродного промежутка. В свою очередь, величина (5 определяет характер дальнейшей эволюции волны так, если 6 (где б некоторое критическое значение, определяемое от формы импульса), то наблюдается образование группы простых волн, а при 6 - б, - распад волны на солитоны. 13 зависимости от состояния недйнейносг ти и дисперсии офа ющаяся ударная волна либо затухает без изменения формы, либо распадается на волнь, близкие к уединенным Так при тонких слоях жидкости (0,5 см 1,О см) ударная волна затухает с увеличеттвм расстояния без явмвнеття формы, при большей толщине слоя жидкости, такая волна распадается на волвы, близкие к уедине ным, Таким образом, с данного fCfройства можно моделировать различные в& линейные волновые процессы в диспергирующих средах, которые описываются уравн нием Кортевега-де иза-Бюргерса, напрвм офазование ударных волн уединенных волн, кноидальных волн. Причем можно иэ менять соотношение между дисперсией и не, линейностью среды, изменяя лишь толншцу слоя жидкости. Рассматриваемое устройство по сравнению с известными позволяет более точво шоделировать нелинейные , волновые процессы. Формула изобрете ни я Устройство для моделирования нелинейных волновых процессов в диспергирующих средах, содержащее канал с электропроводной жидкостью, источник переменного электрического тока, датчик параметров волн на поверхности жидкости и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в устройство введены электроды, жестко установленные на стенках канала и расположенные под утлом один к другому, длина которых в 2О рас меньше длины канала электроды соединены с источником переменного тока, а канал установлен в поле постоянного магнита, причём направление попя перпендикулярно поверхности электропроводной жидкости, заполняющей канал. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Лабзовский Н. Е. Непериодические колебания уровня моря , Гирометеоиздат, Л„ 1971, стр. 25. 2.Воронин В. П. и Зарембо Л. К. К вопросу о поглощении капиллярно-гравитациониых волн конечной амплитуды , Вестник МГУ, серия Физика, астрономия, вып. 6, 197О., стр. 10.
Фиг. 1
