Способ магнитного моделирования нестационарных потоков идеальной жидкости

 

О Л И С А Н И Е 2354(3

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства М

Заявлено 20.1Ъ .1966 (. Iio 1070061j26-24) Кл. 42тттт, 7/56 с присоединением заявки М.ЧПК 6 06g

УДК 681.333.001.57 (088.8) Приоритет

Ог.убликовано 16,1.1969. Бюллетень Х 5

Дата опубликования описания 9Л 1.1969

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Уииивтров

СССР

Автор изобретения

Г, А. Рязанов

Ленинградский институт водного транспорта

Заявитель

СПОСОБ МАГНИТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ

ПОТОКОВ ИДЕАЛЪНОЙ ЖИДКОСТИ

Известны способы магHHтного 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 магнигного 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 пары проводов, моделирующих свободные вихри, соединяют последовательно с последующим пропусканием тока одного направления.

Это позволяет определ1ггь воздеиствие потока на тела, движущиеся поступательно с разными скоростями в непосредственной близости друг от друга или вблизи неподви?кных рельефных экранов, а также моделировать обтекание подводного крыла конечного размаха при бесконечно большом значении числа Фруда.

Осуществление способа поясняется фиг. 1 и 2.

Допустим, что имеется состоящая из двух колен замкнутая каштука 1 квадратного сечения, витки которой расположены так, что магнитное поле полностью локализовано внутри нее и рассеяния магнитного потока в окружающее пространство не HpoiicxopIIT. Если подключить эту катушку к источнику переменного напряжения ультразвуковой частоты, а в одном из ее колен в области однородного магнитного поля В, с индукцпей расположить проводящую модель 2 исследуемого тела, то

10 возмущенное магнитное поле В внутри катушKH окажется подобным cop2111eHHoiiv при поступательном движении тела: в повсрхностном слое модели возникнут вихревые токи, подобные присоединенным вихрям, заменяю15 ITIEIII TP,Eo B QQHQP01Holl потоке ?KlijliocTII. Созданное этими токам:; наведенное магнитное поле компенсирует внешнее поле В, внутри модели, а в окружающем ее пространстве— подобно вызванному потоку и простирается за

20 пределы катушки. Его граничные условия на поверхности модели выражаются равенством

В „= — -В1 COB (В1П), где n — внешняя нормаль, а условие на бесконечности имеет вид

 — О.

Таким образом, магнитное поле В внутри катушки имеет две состаьляющие В, и В

30 В=В,+8

235413 и подобно стационарному обращенному потоку в безграничной жидкости, а магнитное поле вне ее, имеющее только одну составляющую В, соответствует вызванному потоку (также в неограниченной жидкой среде).

Расположим теперь вблизи первой модели (вне катушки) проводящую модель 8 второго тела (например, рельефный экран), Тогда вследствие скин-эффекта на ее поверхности будет выполняться граничное условие

В „= О 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 токами второй модели, здесь немедленно компенсируется полем новой системы вихревых токов, возникающих в поверхностном слое первой модели

Это свойство наведенного магнитного поля соответствует строению вызванного потока, в котором нормальная составляющая скорости на поверхности тела (независимо от присутствия других тел) всегда равна нормальной составляющей скорости дьижения данной точки тела. Влияние второй модели 3 проявляется лишь в перераопределеьии касательной составляющей вектора магнитно-,о 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 изменяются и движение жидкости, рассматриваемое в системе отсчета, связанной с первым телом, является нестацнонарным. Таким образом, вне катушки мы воспроизводим только одно вызванное течение жидкости (рассматриваемое в неподвижной системе отсчета, связанной с удаленными покоящимися частицами жидкости), а внутри нее, где существуют обе составляющие магнитного поля В и В, — 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 V>.

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 потенциала определяют с помощью датчика 4 магнитного напряжения в форме тонкого гибкого соленоида. Один его конец устанавливают в

t-ой точке поверхности мсдели, а другой — в противоположном колен = катушки так, чтобы они лежали на прямой, перпендикулярной век5

15 го

65 тору поля B. Затем второй конец датчика смещают вдоль магнитных силовых линий до тех пор, пока напряжения, нндуцируемые полем

В, 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 Л1 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 поля Ль.

Измерив это магнитное напряжение с помощью компенсационной схемы и разделив его на магнитное напряжен-;е, соответствующее смещению на такое же расстояние Л1 второго конца датчика, расположенного в невозмущенном магнитном поле В (это магнитное напряжение равно произведению BIЛ1), мы получим безразмерную величину, которая входит в формулу Коши — Лагранжа, если последнюю привести к безразмерному виду ,v2 у у г где ЛР— локальное изменение вызванного потенциала в неподвижной точке пространства, совпадающей в начальный момент с t-ой точкой поверхности тела, за время смещения этого тела на расстояние 5L и Vo — отношение вызванной скорости в точке,на поверхности тела к скорости Vl самого тела, A Ft, Л=, v,лг в,л

Для моделирования обтекания подводного 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 разделяющие нх провода, при прохождении по ним тэка, является поверхностью разрыва непрерывности вектора поля В, на которой он меняет свое направление, причем по обе стороны от нее магнитное поле однородно. Одна из моделей является основной, другая — вспомогагельной.

Для того чтобы магнитное поле токов, имитирующих вихревую пелену на основной модели, не нарушило граничного условия, проводя, соответствующие свободным вихрям, присоединяют к выходящим k:ромкам обеих моделей. При этом соответственные пары проводов соединяют последовательно, следя за тем, чтобы токи в симметрично расположенных проводах имели одинаковые направления.

Очевидно, что в этом случае, выполняя условие Жуковского — Чаплыгина на верхней (основной) модели, мы, вме те с тем, выполняем

235413

Предмет изобретения

А Г 1

Составитель Е. В. Тимохина

Редактор Е. В. Семанова Техред Л. К. Малова Корректор О. Б. Тюрина

Заказ 728, 14 Тираж 480 Поди испо.

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открьпий при Совете Мииисзров СССР

Москва, Цепгр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2

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

1. Способ магнитного моделирования нестационарных потоков идеальной жидкости с применением переменного магнитного поля ультразвуковой частоты и поверхностного эффекта, отлииа ощайся тем, что, с целью 07ределения всздейcTBèÿ потока на тела, движущиеся поступательно с разными скоростями в непосредственной близости друг от друга или вблизи неподвижных рельефных экранов, проводящие модели этих тел устанавл |вают внутрп катушек с локализованным магнитным потоком и определяют локальные изменения потенциалов наведенчого магнитного поля путем смещения моделей тел в направлении магнитных линий.

2. Способ по п. 1, от.тиающийся тем, что, с целью моделирования обтекания подводного крыла конечного размаха при бесконечно большом значении числа Фруда, две равные модели крыла устанавливают симметрично относительно обтекаемой током плоскости, а симметричные пары проводов, моделирующих свободные вихри, соединяют последовательно с последующим пропусканием тока одного

15 направления,