Free Science

Каталог идей

Главная » Файлы » Мои файлы

Управление пограничным слоем.
15.08.2015, 12:42

Движение жидкости в пограничном слое и способы управления этим движением.

Движению жидкости при ламинарном способе движения посвящено немало исследований,  начало этим исследованиям еще в 19 веке положил Л. Прандтль, связав теоретическую гидродинамику Эйлера с практическими расчетами гидравлики. До исследований Прандтля теоретическая гидродинамика предусматривала существование идеальной жидкости, без трения, вязкости, да еще и несжимаемой, словом действительно идеальной. Однако ворвавшийся 19 век с его стремительным техническим совершенствованием требовал довольно точных практических расчетов, и теоретическая гидродинамика не была в состоянии их предоставить. В 1904 году Прандтль в своем докладе «О течении жидкости при очень малом трении»  опираясь на свои исследования, впервые разделил течение жидкости на области движения с различными параметрами. Ввел понятие области пограничного слоя, т.е. области в которой жидкость непосредственно взаимодействует с материалом ввиду своей вязкости и свойствами материала, и на область вне этого слоя, где безупречно действовала теоретическая гидродинамика Эйлера.  Теория Прандтля оказалась кстати, ввиду развития авиационной техники, и вскоре дополнилась теорией крыла Жуковского, и  теорией движения газа при больших скоростях, что легло в основу развития новой науки - механики жидкостей и газов. 

Размышления вслух, более подробно о теории пограничного слоя можно узнать из литературы приведенной в конце статьи и перечня сайтов и материалов. 

Движение жидкости в пограничном слое.

Рис 1.1.

Очевидно что отрыв слоя возможен в случае когда скорость слоя в пограничной области меньше  Vкр, которое зависит от вязкости среды, шероховатости поверхности материала и первую очередь от энергетических параметров – скорости движения. Слой 1 при соприкосновении с поверхностью прилипает к ней, и замедляется. Слой 2 при движении возле слоя 1 частично тормозится, и в дальнейшем именно в нем возникают вращательные области движения, как результат взаимодействия слоев 1-тормозящего и слоя 3-с более высокой скоростью движения.  При полной потере энергии слой переходит в турбулентное движение. Вихревое движение вызванное потерей силы прилипания, встречая на своем пути дальнейшие участки с уменьшенной по отношению к основному  потоку скоростью движения способствует росту вихрей и вовлекает все большие объемы жидкости или газа.

И.В. (Исходящие возможности)

1. Введение в жидкость растворенных газов, жидкостей с другой формой молекулы - удлиненной;

2. Изменение свойств материала – шероховатости, направление контуров рытвин и возвышенностей и их величины, программируемое движение в пограничном слое.

Рис 1.2

Нанесение поперечных  полос под углом β к направлению движения основного потока будет вызывать на определенных скоростях потока, образования вихрей и снос вихревого движения пограничного слоя под углом γ к  потоку. Назначение этого способа состоит в том, чтобы создать вихревое движение в пограничном слое, но вихревое движение с высокими энергетическими параметрами, т.е. устойчивое, в котором изменено время распадов вихрей, а соответственно и удлинена область устойчивого пограничного слоя.

На малых скоростях потока вихревое движение пограничного слоя будет способствовать закручиванию потока в продольном направлении. При высоких значениях Re, вихри переносятся в центральную часть, где возможен как их распад, так и образование зоны турбулентности. Изменяя направление переноса потока уже позволяет управлять пограничным слоем. Появляется возможность создавать области в которых можно управлять потоком, его движением, перемещением и энергетическими характеристиками. 

Изменяя высоту шероховатости – высоту гребней, угол их наклона δ, угол β, мы сможем в значительной степени изменять параметры движения жидкости/газа на определенных участках, т.е. становится управляемой зона движения. Появляется возможность центростремительного движения в котором возможно значительное падение сопротивления движению, уменьшение сил трения трубопровода, лопасти, лопатки турбины, или крыла.

Рис 1.3

При больших диаметрах трубопроводов высоту гребней можно сделать достаточной для ввода на участках «С» рис. 1.3 зоны наддува, подпитки или отсоса низкоэнергетического слоя.

В таком случае зоны подпитки и отсоса располагаются поочередно, спиралевидно с различным количеством нитей. Поочередность размещения, зона подпитки слоя – зона отсоса низкоэнергетического слоя необходима, так как при постоянной подпитке слоя нужны значительные энергетические затраты. Чередование же зон приводит к созданию вихревой зоны смещаемой по потоку под некоторым углом, образованию вихрей заданных размеров, их программируемому росту, при котором осуществляется их стабилизация, размещение, ограничение роста.

В данном случае образуется несущий слой, имеющий постоянную подпитку, и позволяющий перемещать основной слой с минимальными потерями, при некоторых параметрах подпитки возможно создания способа перемещения основного слоя с некоторым программируемым ускорением.

Создание вибрационного пограничного слоя.

Основа этого способа в создании вибрационного слоя в самом пограничном слое. Первое – это создание вибрации материала который обтекается потоком. Микровибрация материала создаст микровихри в пограничном слое. Соответственно по зарожденным микровихрям следующий слой сможет пройти с уменьшенными потерями энергии. Создание микровибрации возможно механическое. Изменяя частоту вибраций можно оптимально осуществлять подстройку ламинарной зоны движения, снизить взаимодействие потоков.

Способ 1. Однако более эффективным является способ создания электростатического вибрационного поля на поверхности материала. А так как основное движение материалов происходит в воздушной или водной среде – основой может быть создание электростатического вибрационного слоя молекул водорода. Достаточно осуществить резонанс водорода с наименьшими энергетическими затратами, как возникнет кипящий слой по которому пройдет основной поток с наименьшими потерями энергии.

Способ 2. Ионизация пограничного слоя.  

При достаточной ионизации пограничного слоя можно управлять толщиной слоя и основными его характеристиками такими как вязкость, теплопередача.

И.В. (Исходящие возможности).

Управление слоем, торможение, ускорение. Снижение энергетических потерь в пограничном слое.

Применение. Ускорение движения самолетов, надводных и подводных судов, их торможение, управление движением, смещением в пространстве.

Способ 3.

Введение в обтекаемом материале зон с разными полярностями зарядов, их чередование.

Суть этого способа максимально удлинить участки движения с ламинарным движением, или сместить зоны отрыва потока в заданную безопасную зону. Перенос зарядов сможет предоставить еще один способ управления  пограничным слоем.

  

Влияние температуры на обтекаемость тел. 

  1. Влияние низкой температуры – отдача потоком части энергии;
  2. Влияние высокой температуры – отдача потоку части энергии;

При вводе этих положений, напрашивается следующее положение – теплоперенос отсутствует. Но в любом случае останется влияние материала теплоизолятора. Мы можем уменьшить влияние теплопотерь, но избежать полностью тепловые потери проблематично. Нужен иной взгляд на физику процесса. 

И.В. Следует не допустить соприкосновение слоев, материала корпуса и среды.

Ввиду того что мы рассматриваем пограничный слой при полной теплоизоляции материала, остается шероховатость изолятора – влияние слоя безусловно, мы просто отодвигаем пограничный слой от материала корпуса. Но парадокс в том, что пограничный слой существует всегда, при достаточной скорости течения и возмущения вносимого материалом покрытия. Это связано с вязкостью, прилипанием слоя.

И.В. Нельзя ли отодвинуть слой на некоторое расстояние, в эту область ввести часть молекул низкой вязкости, или с особенностями строения делающими невозможность сближения  молекул на расстояние взаимного влияния. Например, молекулы с низким внутренним взаимодействием, подверженных быстрому распаду – слабое внутримолекулярное притяжение.

Также должен быть способ – возвращаемся к ионному насыщению, или влиянию электростатического поля, в котором заряженные частицы одной полярности держатся друг от друга на необходимом нам расстоянии. Так как существует отталкивание зарядов одинаковой полярности.  

При движении вещества часть молекул прилипает к стенке, теряет часть энергии. Или точнее идет перенос энергии внутри молекулы с центральной области на поверхность, что вызывает нарушение структуры молекулы, ее деформацию. Процесс лавинообразный, усугубляет его потеря поверхностного заряда. При высокой скорости потока потеря ионов приводит к распаду молекулы и в некоторых случаях образованию новых молекул, иногда с совсем другими свойствами. Подтверждением этому должна служить люминесценция пограничного слоя, изменения радиоактивности границы взаимодействия.

(Желательно дополнить статью снимками в ИК диапазоне, в других прогнозируемых диапазонах возможного излучения).

И.В. Должна быть зависимость между удельной энергией молекулы и ее устойчивостью к распаду, временем перехода ламинарного слоя в турбулентный. Отношение удельной энергии к скорости образования вихрей.

К вопросу вихреобразования. Будет более подробно рассмотрен процесс образования вихря. Влияние свойств материала стенки, влияние вибраций, действия ультразвука, электростатических полей.

Материал в обработке... Ведутся исследования...

Часть идеи управления пограничным слоем рассмотрена в статье http://freescience.ucoz.net/load/vetrodvigatel_s_vertikalnoj_osju_vrashhenija/1-1-0-5

 

 

Категория: Мои файлы | Добавил: GreenEnergy
Просмотров: 206 | Загрузок: 0 | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
avatar

Категории раздела

Вход на сайт

Поиск

Наш опрос

Оцените мой сайт
Всего ответов: 6

Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0