Устройство для моделирования струйных течений Советский патент 1978 года по МПК G06G7/57 

Устройство содержит электро.штический бак 1, электроды 2 питания модели, модель 3 обтекаемого тела, измерительные и контролирующие зонды 4, подвижныеэлектроды 5, блок задания граничных условий 6, эластичные иерегородки 7 с точечными сквозными электродами 8, опорную раму 9, гнарниры К), домкрат 11, блоки резисторов 12, иотокомеры 13, блоки регулирования фаз 14, блоки регулирования амплитуд 15, усилители 16, задающий генератор 17, коммутатор 18, блок обработки и индикации информации 19 и тороидальные электромагниты 20.

Электролитический бак 1 установ.1ен на опорной раме 9 так, что одна из его продольных сторон закреплена в шарнирах 10, другая сторона онирается на щарнирно закрепленный на баке 1 и на опорной раме 9 домкрат 11, с помощью которого дно бака 1 может быть установлено горизонтально или под углом, при этом ось вращения проходиг через парниры 10 и совпадает с липией yr.ia дна и продольной вертикальной стенки бака I.

Э,1ектроды -2 питания модели и подвпжиью электроды 5 через блоки резисторов 12 п потокомеры 13, представляюп1ие собой прямоугольные сосуды с графитовымп электродами, куда заливается электролит, блоки регулирования фаз 14 и блоки регулирования амплитуд 15 соединены с усилителями 16, подключенными к задаюп1ему генератору 17. Измерительные и контролирующие зонды 4 через коммутатор 18 соединены с блоком обработки и индикации ипфор.мации 19.

При моделировании циркуляционных потоков тороидальный электромагнит 20 устанавлпваетсМ через отверстие в дне бака 1 и включается в одну из цепей питания модели.

Рассмотрим работу устройства на примере решения осеси.мметричной задачи об обтекании тела с кавитацией на основе прямой электрической аналогии.

Электролитический бак 1 устанавливается на опорной раме 9 с по.моп1ью шарниров 10 и домкрата 11 так, чтобы электролит расположился в виде клина с углом 3-8°, образующими которого является дно и свободная поверхность, а верп1ина совпадает с углом стыковки дна и продольной стенки бака 1. Устанавливается выполненная в виде сегмента модель 3 обтекаемого тела и электроды 2 по попереч}1ым, а в случае необходимости и по продольным сторона.м. Электроды 2 выполнены из графитовых стержней и включаются через блоки 12, содержащие резисторы одинакоBoio сопротивления в канале питания каждого электрода, обеспечивающие одинаковый расход тока, через них. Одновременно электроды 2, расположенные по продольной стороне бака I, служат для задания граничного условия по линии их расположения. При моделировании границы раздела сред на электроды 2 подается регулируемое напряжение.

Блок задания граничных условий 6 состоит из звеньев, щарнирно закрепленных на втулках, через которые проходят электроды 5, и могут свободно поворачиваться относительно друг друга, как, напри.мер, звенья велосипедной цепи. Звенья цепочки изготавливаются из диэ.лектрпка (например оргстекла), стойкого к воздействию брызг электролита, размер звеньев одинаков, так как это условие позволяет в да;1ьнейц1е.м подводить к электродам 5 одинаковые токи (воспользоваться готовым блоком резисторов), что существенно ynpouiaeT процесс подбора граничных условий на модели и сокращает время проведения эксперимепта. Электроды 2, 5 подключаются через б.юки 12, потокомеры 13, блоки регулировапия фаз 14, блоки регулировапия амп.титуд 15 к усилителям 16, рабочая частота которых задается генератором 17. Пеобходи.мость- бло ков регулирования фаз 14 п блоков регу.чировапия а.мплитуд 15 по сравнению с известными аналогичными конструкциями вызвана 1ем, чт(; при задании в модель потока большого чпсла источников за счет е.мкостных явлений без двойной регулировки их полная компенсация не может быть достигнута. Первонача.илю блок 6- устанавливается параллельно продольной оси.бака 1 по направлению потока вниз от модели 3, при этом точка, общая для первого электрода блока 6 и .модели 3 (т. н. «точка отрыва), определяется расчетом (по величине кавитации) или из геометрических соображений, (острая грань, иерелом и т. д.).

Измерительные п контролирующие зонды 4 располагаются на поверхности модели 3, между электродами 5 блока бив электролите бака 1. Включаются цепи питания (блоки 14, 15, 16, 17) и с помощью контроля на потокомерах 13 устанавливаются соотнон1ения токов в цепях питания электродов. Потокомеры 13 заполняются тем же электролито.м, что и электролитический бак 1, и при измерении одни.м и тем же зондом позволяют определить величины потоков. Из.мерения и контроль выполняются зонда.ми 4, включенны.ми через ком.мутатор Г8, проверка и подбор граничных условий выполняется визуально на блоке 19 при сравнении отдельных сигналов с зондов, установленных в контрольных точках. В качестве граничного условия на линии блока 6 служит одииаковая величина напряженности (аналог скорости) и отсутствие перепада потенциалов (аналог непротекания через границу каверны), его выпо,пнение можно контролировать с номощью блока 19, при этом первоначально измерения выполняются для прямой цепочки, а пото.м цепочку деформируют так, чтобы величины потенциалов соответствовали заданным условиям, после чего производятся необходи.мые измерения и расчет в блоке 19.

При необходимости создания зонально-неоднородной области по ее границам располагают эластичные перегородки 7 (например резиновые), препятствующие смешиванию электролита различной проводи.мости, прошитые точечными электродами 8 (графитовыми или металлическими), осу пествляющи.ми электрический контакт на границах зон. При необходимое ти моделирования циркуляционного обтекания контура он сцепляется с тороидальным электромагнитом 20, включенным в одну из цепей питания, установленным перпендикулярно слою электролита и создающим в нем вихревое электрическое поле. В процессе моделирования появляется дополнительное граничное условие от нодбора величины циркуляции на контуре.

Формула -изобретения

Устройство для моделирования струйных течений, содержащее задающий генератор, выходы которого через ценочки из носледовательно соединенных усилителя и блока регулирования амплитуд соединены со входами соответствующих блоков регулирования фаз, первый выход первиго из которых через последовательно соединенные первый потокомср и первый блок резисторов соединен с первой группой подвижн1)1Х э.тектродов, второй выход первого блока регулирования фаз соединен с подвижными электродами, выходы второго блока рег миров;1ния фаз соединены с тороидальными электромагнитами, nepBi m выход третьего блока регулирования фаз через последовате.пьно соединенные второй потокомер и второй блок резисторов соединен с первой группой электродов питания модели, а его второй выход через третий блок резисторов соединен со второй группой электродов питания модели, коммутатор, входы которого соединены со второй группой подвижных электродов и измерительными и контролирующими зондами, а выход коммутатора соединен со входом блока об)аботки и индикации информации, и электролитический бак с опорной рамой, в котором расположена моле,1ь обтекаемого тела, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных бозможн(нтей устройства за счет моделирования струйных течений в зонально-неоднородных областях, оно содержит блок задания граничных условий, выполненный в виде цепной линии, звенья которой соединены с помощью поворотных втулок, в которых установлены подвижные элект роды, домкрат, п арниры и эластичные перегородки с точечными сквозными электродами, установленные в электролитическом баке, который установлен на домкрат, и щарниры, рас-, положенные в опорной раме.

Источники информации, нринятые во внимание при экспертизе;

1.Рязанов Г. А. Электрическое моделирование с применением вихревых полей, М., «Наука, 1969, с. 309.

2..Авторское свпдетельство СССРЛу 492888, кл. G 06 G 7/44, 1974.

и

5 6 7 S W

/ I / I