На образование полости расходуется энер-
гия активизации вязкого течения. Энергия активации падает с
ростом температуры и понижением давления. По вязкости во мно-
гих случаях судят о готовности или качестве продукта, посколь-
ку вязкость тесно связана со структурой вещества и отражает
физико-химические изменения материала, которые происходят во
время технологических процессов.
4.2.4 ВЯЗКОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Протекание полярной непроводящей жидкости между обкладка-
ми конденсатора сопровождается некоторым увеличением вязкости
мгновенно исчезающим при снятии поля. Это явление в чистых
жидкостях получило название ВЯЗКОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА.
Установлено, что эффект возникает только в поперечных по-
лях и отсутсвует в продольных. Вязкость полярных жидкостей
возрастает с увеличением напряженности поля в начале пропорци-
онально квадрату напряженности, а затем приближается к некото-
рому постоянному предельному значению ( ВЯЗКОСТИ НАСЫЩЕНИЯ ) ,
зависящему от проводимости жидкости. Увеличение про водимости
приводит к увеличению вязкости насыщения.
На эффект оказывает влияние частота поля. В начале с по-
вышением частоты вязкоэлектрический эффект увеличивается до
определенного предела, затем вырождается до нуля.
Увеличение вязкости под действием электрического поля
происходит за счет того, что в жидкости могут находиться или
возникать под действием поля свободные ионы. Они становятся
центрами ориентации полярных молекул, т.е. источниками заря-
женных групп, для которых в электрическом поле возможно движе-
ние типа электрофореза. Количество движения таким образом, пе-
реносится от слоя к слою поперек потока.
Другая возможность образования групп-ориентация полярных
молекул, имеющих постоянный дипольный момент. Молекулы следят
за электрическим полем, ориентируясь поперек потока : для пре-
одоления доплнительного сопротивления нужны затраты энергии.
4.3 ЯВЛЕНИЕ СВЕРХТЕКУЧЕСТИ.
Особыми вязкостными свойствами обладает жидкий гелий, ко-
торый при понижении температуры испытывает фазовый переход
второго рода, превращаясь в сверхтекучую модификацию гелия ---
Не II. Причем в Не II превращается не весь гелий, а только
часть, т.е. при температуре ниже - - перехода (Т=2.17 К) гелий
можно представить себе состоящим из двух компонент - нормаль-
ный, свойства которого аналогичны свойствам гелия до перехода
(Не I) и сверхтекучей , вязкость которой чрезвычайно мала (
меньше 1.0е-1 ).
Компоненты могут двигаться независимо друг от друга, при-
чем движение сверхтекучей компоненты не связано с переносом
тепла ( ее энтропия равна нулю).
Низкая вязкость гелия позволяет использовать его в ка-
честве смазки, например в подшипниках.
Свойство сверхтекучей компоненты легко проникать в малей-
шую щель делает Не II удобным для поиска течей: погружение в
Не II - самая строгая проверка герметичности.
Малая ширина перехода ( 1.0е- К ) позволяет использовать
его как опорную точку при измерении температуры.
4.3.1 СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.
Благодаря встречному конвективному движению двух компо-
нент тепло-передача в Не II происходит без переноса массы, в
результате чего теплопроводность Не II чрезвычайно высока.
Проявляется это, например, в прекращении кипения после II- пе-
рехода - теплопроводность настолько высока, что пузырьки газа
образоваться не могут и испарение происходит с поверхности.
Благодаря сверхвысокой теплопроводности Не II может слу-
жить хорошим хладоагентом для охлаждения.
Для различных целей физики низких температур часто требу-
ются тепловые ключи - устройства, теплопроводность которых
можно менять по своему усмотрению. Одной из возможных реализа-
ций теплового ключа является трубка, наполненная гелием, кото-
рый мы, меняя давление можем переводить изсвехтекучего состоя-
ния в нормальное и обратно.
4.3.2 ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Если нагреть Не II в одном из сосудов ,сообщающихся между
собой через тонкий капилляр или пористую перегородку, то в нем
за счет перехода в обычную понизится концентрация сверхтекучей
компоненты. Т.к. сверхтекучая компонента, стремясь к установ-
лению равновесия, будет по капилляру поступать из ненагретого
сосуда, а нормальная компонента из нагретого выходить не бу-
дет, уровень гелия в нагреваемом сосуде увеличится .
Этот эффект может быть использован для создания своеоб-
разных насосов Не II .
4.3.3 МЕХАНО-КАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Если повысить давление в одном из сосудов , рассматривае-
мых в предыдущем пункте, заполненных Не , находящемся в
сверхтекучем состоянии, то сквозь капилляр будет протекать
только сверхтекучая компонента.
Сверхтекучая компонента теплоту из сосуда , из которого
она вытекает , не уносит, вследствие чего температура внутри
этого сосуда будет повышаться. Температура же сосуда , в кото-
рый притекает сверхтекучая компонента будет уменьшаться.
На основе этого эффекта П.Л.Капицей был построен охлади-
тель. Одна ступень охладителя давала перепад температур 0.4 К.
Достоинствами метода является то, что его холодопроизво-
дительность не уменьшается с понижением температуры.
Используя Не II ка холодильный агент возможно в принципе
приблизиться сколь угодно близко к температуре абсолютного ну-
ля.
4.3.4 ПЕРЕНОС ПО ПЛЕНКЕ.
Поверхность тела, соприкасающегося с Не II покрывается
пленкой сверхтекучего гелия, по которой может происходить пе-
ренос жидкости из оного сосуда в другой.
Так, например , пустой сткан, погруженный не до краев в
Не II через некоторое время заполнится гелием. Скорость пере-
носа от разности уровней жидкости не зависит , и определяется
только периметром стенок в самом узком месте соединения.
Поскольку тонкую пленку можно рассматривать как капилляр,
то при переносе гелия на пленке имеет место термохимический
эффект. Можно усилить эффект , увеличив периметр тела, соеди-
няющего два сосуда, например, вставив пучок проволок.
Эффект нашел применение для разделения изотопов гелия Не-
3 и Не-4. Не-3 не свехтекучий, и по пленке сосуда, содержащего
смесь изотопов удаляется сам собой только изотоп Не-4.
Движение пленки можно остановить , если поместить пленку
между обкладками конденсатора, на который подано напряжение с
частотой 40-50 Герц.
4.4.1 ЭФФЕКТ ТОМСА.
Сопротивление , оказываемое трубопроводом потоку жидкости
при ламинарном режиме течения меньше , чем при турбулентном.
В 1948 г. Б.Томс ( Англия ) установил, что при добавлении
в воду полимерной добавки трение между турбулентным потоком и
трубопроводом значительно снижается .
Сам Томс работал с полиметилметакрилатом, растворенным в
монохлорбензоле; в последующие годы ученые и изобретатели в
различных странах нашли много других присадок, работающих еще
более эффективно.
Практическое применение эффекта Томса весьма разнообразно
: по традиции "смазывают" различными присадками трубопроводы,
"смазывают" полимерами морские и речные суда, напорные колонны
глубоких скважин и т.д.
Эффект Томса обуславливается образованием на границе
твердое тело-жидкость молекулярных растворов, которые ограни-
чивают турбулентность потока. Установлено , что добавка поли-
меров более эффективно действует при высоких скоростях потока
, где развивающаяся турбулентность потока больше.
Патент США N 3435796 : В устройстве, уменьшающем сопро-
тивление подводного аппарата, используется слабый раствор по-
лимера, образующий в пограничном слое забортной воды при сме-
щении подогретой жидкой смеси либо гранулированного или
порошкообразного полимера с морской водой. Подогретая жидкая
смесь представляет собой дисперсию макромолекул полимера,
растворимую в морс при температуре окружающей среды, но не-
растворимую в воде температуре выше 70 градус Цельсия.Когда по-
догретая жидкая смесь попадает в холодную воду при соответс-
твующих условиях окружающей среды, микрочастицы набухают и
растворяются, образуя клейкую массу. В пограничном слое обте-
кающего потока они образуют молекулярный раствор макромолекул,
препятствуя турбулизации потока.
А.с. N 244032: Способ снижения потерь напора при переме-
щении жидкости по трубопроводу, отличающийся тем, что с целью
достижения жидкостью свойства псевдопластичности, в нее вводят
длинноцепочный полимер, например полиакриламид, в колличестве
0,01-0,2% по весу.
Снижение гидродинамического сопротивления может быть до
за счет образования под воздействием какого-либо поля из моле-
кул самой жидкости присадок, аналогичных по свойствам полимер-
ным молекулам.
А.с. N 364493: Способ снижения гидродинамического сопро-
тивления движению тел, например, судов, путем уменьшения сил
трения в пограничном слое, отличающийся тем, что с целью упро-
щения способа и повышения его эксплуатационной надежности пу-
тем исключения подачи в пограничные слои высокомолекулярных
составов, в пограничном слое создают электромагнитное поле,
генерирующее комплексы молекул.
Применение способа по п.1 для решения внутренней задачи,
например, для снижения сопротивления жидкости в трубопроводе.
4.4.2. С к а ч о к у п л о т н е н и я.
Что такое лобовое сопротивление при обтекании твердых тел
потоком жидкости или газа - общеизвестно. Однако, кроме лобо-
вого сопротивления, при обтекании возникает так называемое
волновое сопротивление, являющееся результатом затрат энергии
на образование акустических или ударных волн. В газе, напри-
мер, ударные волны возникают при образовании скачка уплотнения
у лобовой поверхности тела при обтекании его сверхзвуковым по-
током газа. При образовании скачка уплотнения резко увеличива-
ется плотность, температура, давление и скорость вещества по-
тока; в результате могут иметь место процессы диссоциации и
ионизации молекул, сопровождающиеся мощным световым излучени-
ем. Световое излучение может сильно разогреть как газ перед
фронтомволны, так и поверхность движущегося тела.
4.4.3. Э ф ф е к т К о а н д а.
Румынский ученый Генри Коанд в 1932 году установил, что
струя жидкости, вытекающая из сопла, стремится отклониться по
направлению к стенке и при определенных условиях прилипает к
ней. Это обьясняется тем, что боковая стенка препятствует сво-
бодному поступлению воздуха с одной стороны струи, создавая
вихрь в зоне и пониженоого давления. Аналогично и поведение
струи газа. На основе этого эффекта строится одна из ветвей
пневмоники (струйной автоматики).
4.4.4. Э ф ф е к т в о р о н к и.
Если уровень жидкости в сосуде с открытой поверхностью
понизится до определенного уровня при свободном сливе жидкости
че отверстие в нижней части сосуда, то на поверхности жидкости
об водоворот (т.е. вихревое движение воды), который на ред-
кость устойчив, и нарушить его трудно.
4.5. Э ф ф е к т М а г н у с а.
Если твердый цилиндр вращется вокруг продольной оси в на-
бегающем потоке жидкости или газа, то он увлекает во вращение
прилегающие к нему слои жидкости или газа; в результате окру-
жающая среда движется отнительно цилиндра не только поступа-
тельно, но еще и вращается вокруг него. В той зоне, где нап-
равление поступательного и вращательного движения совпадают,
результирующая скорость движения окружающей средыпревосходит
скорость потока. С противоположной стороны цилиндра поток,
возникающий из-за вращения, противодействует поступательному
потоку и результирующая скорость падает. А из закона Бернулли
известно, что в тех местах, где скорость больше, давление по-
нижено и наоборот. Поэтому с разных сторонна вращающийся ци-
линдр действуют разные силы. В итоге появляется результирующая
сила, которая всегда направлена перпендикулярно образующим ци-
линдра и потоку.
Естественно, что такая же сила возникает при движении
вращающейся сферы в вязкой жидкости или газе (вспомните круче-
ны футболе, тенисе волейболе). На основе эффекта Магнуса в
свое время был построен корабль с вращающимися цилиндрами
вместо парусов. Конечно, эти цилиндры работали в качестве дви-
гателя только при боковом ветре.
В эффекте Магнуса взаимосвязаны: направление и скорость
потока, направление и величина угловой скорости, направление и
величина возникающей силы. Соответственно можно измерять поток
и угловую скорость.
Патент США N 3587327: В устройстве для измерения угловой
скорости и индикации направления вращения газовая струя разде-
ляется на две струи, каждая из которых тангенциально касается
противоположных сторон диска неподвижно закрепленного на акси-
ально вращающемся валу. Вращение диска накладывается на струи
разность давлений, величина которых пропорциональна скорости
вращения вала. В зависимости от направления вращения вала на
ту или другую струю накладывается большее относительное давле-
ние.
А.с. N 514616: Способ разделения неоднородных жидких сред
на легкую тяжелую фракции, предусматривает общее воздействие
на поток разделяемой среды центробежного и гравитационного по-
лей отличающийся тем, что с целью повышения эффективности, по-
ток разделяемой среды при воздействии на него центробежного и
гравитационного полей перемещают ввиде ряда, например, парал-
лельных слоев с расстоянием между слоями, меньшими величины
диаметра частиц тяжелой фракции, и последовательно возрастаю-
щими при переходе от одного слоя к другому, скоростями обеспе-
чивающими градиент скорости, направленной перпендикулярно пе-
ремещению слоев жидкости и создающий вращение частиц тяжелой
фракции вокруг своей оси, и гидродинамическую подьемную силу,
например силу эффекта Магнуса.
4.6. Дросселирование жидкостей и газов.
Дросселирование - расширение жидкости, пара или газа при
прохождении через дроссель - местное гидродинамическое сопро-
тивление (сужение трубопровода, вентиль, кран и другие), соп-
ровождающиеся изменением температур. Дросселирование широко
применяется для измерения и регулирования расхода жидкостей
газов.
4.6.1. Э ф ф е к т Д ж о у л я - Т о м с о н а.
(Дроссельэффект) заключается в изменении температуры газа
при его адиабатическом (без теплообмена с окружающей средой)
дросселировании, т.е. протекании через пористую перегородку,
диафрагму или вентель. Эффект называется положительным, если
температура газа при адиабатическом дросселировании понижает-
ся, и отрицательным, если она повышается. Для каждого реально-
го газа существует точка инверсии - значение температуры при
которой измеряется знак эффекта. Для воздуха и многих других
газов точка инверсии лежит выше комнатной температуры и они
охлаждаются в процессе Джоуля-Томсона. Дросселирование - один
из основных процессов, применяемых в технике снижения газов и
получения сверхнизких температур.
А.с.257801: Способ определения термодинамических величин
газов, например, энтальции, путем термостатирования исходного
газа, дросселирования его с последующим измерением тепла, под-
веденного к газу, отличающийся тем, что с целью определения
термодинамических величин газов с отрицательным эффектом Джоу-
ля-Томсона, газ после дросселирования охлаждают до первона-
чальной температуры, затем нагревают до температуры после
дросселя с измерением подведенного к нему тепла и по известным
соотношениям определяют искомые величины.
4.7. Гидравлические удары.
Быстрое перекрытие трубопровода с движущейся жидкостью
вызывает резкое повышение давления, которое распределяет упру-
гой волны сжатия по трубопроводу против течения жидкости. Эта
волна несет с собой энергию, полученную за счет кинетической
энергии жидкости. Подход волны к какому-нибудь препятствию
(изгибу трубопровода, задвижке и т.д.) вызывает явление гид-
равлического удара. Ослабление гидравлического удара может
быть достигнуто или увеличением времени перекрытия, или же
включением каких-либо, демпферов поглощающих энергию волны.
Для увеличения силы удара целесообразно применять жидкости без
неоднородностей и мгновенные перекрытия. Обычно вслед за гид-
равлическим ударом следует удар кавитационный, возникающий из-
за понижения давления за фронтом ударной волны сжатия (о кави-
тации смотри раздел 4.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
гия активизации вязкого течения. Энергия активации падает с
ростом температуры и понижением давления. По вязкости во мно-
гих случаях судят о готовности или качестве продукта, посколь-
ку вязкость тесно связана со структурой вещества и отражает
физико-химические изменения материала, которые происходят во
время технологических процессов.
4.2.4 ВЯЗКОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Протекание полярной непроводящей жидкости между обкладка-
ми конденсатора сопровождается некоторым увеличением вязкости
мгновенно исчезающим при снятии поля. Это явление в чистых
жидкостях получило название ВЯЗКОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА.
Установлено, что эффект возникает только в поперечных по-
лях и отсутсвует в продольных. Вязкость полярных жидкостей
возрастает с увеличением напряженности поля в начале пропорци-
онально квадрату напряженности, а затем приближается к некото-
рому постоянному предельному значению ( ВЯЗКОСТИ НАСЫЩЕНИЯ ) ,
зависящему от проводимости жидкости. Увеличение про водимости
приводит к увеличению вязкости насыщения.
На эффект оказывает влияние частота поля. В начале с по-
вышением частоты вязкоэлектрический эффект увеличивается до
определенного предела, затем вырождается до нуля.
Увеличение вязкости под действием электрического поля
происходит за счет того, что в жидкости могут находиться или
возникать под действием поля свободные ионы. Они становятся
центрами ориентации полярных молекул, т.е. источниками заря-
женных групп, для которых в электрическом поле возможно движе-
ние типа электрофореза. Количество движения таким образом, пе-
реносится от слоя к слою поперек потока.
Другая возможность образования групп-ориентация полярных
молекул, имеющих постоянный дипольный момент. Молекулы следят
за электрическим полем, ориентируясь поперек потока : для пре-
одоления доплнительного сопротивления нужны затраты энергии.
4.3 ЯВЛЕНИЕ СВЕРХТЕКУЧЕСТИ.
Особыми вязкостными свойствами обладает жидкий гелий, ко-
торый при понижении температуры испытывает фазовый переход
второго рода, превращаясь в сверхтекучую модификацию гелия ---
Не II. Причем в Не II превращается не весь гелий, а только
часть, т.е. при температуре ниже - - перехода (Т=2.17 К) гелий
можно представить себе состоящим из двух компонент - нормаль-
ный, свойства которого аналогичны свойствам гелия до перехода
(Не I) и сверхтекучей , вязкость которой чрезвычайно мала (
меньше 1.0е-1 ).
Компоненты могут двигаться независимо друг от друга, при-
чем движение сверхтекучей компоненты не связано с переносом
тепла ( ее энтропия равна нулю).
Низкая вязкость гелия позволяет использовать его в ка-
честве смазки, например в подшипниках.
Свойство сверхтекучей компоненты легко проникать в малей-
шую щель делает Не II удобным для поиска течей: погружение в
Не II - самая строгая проверка герметичности.
Малая ширина перехода ( 1.0е- К ) позволяет использовать
его как опорную точку при измерении температуры.
4.3.1 СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.
Благодаря встречному конвективному движению двух компо-
нент тепло-передача в Не II происходит без переноса массы, в
результате чего теплопроводность Не II чрезвычайно высока.
Проявляется это, например, в прекращении кипения после II- пе-
рехода - теплопроводность настолько высока, что пузырьки газа
образоваться не могут и испарение происходит с поверхности.
Благодаря сверхвысокой теплопроводности Не II может слу-
жить хорошим хладоагентом для охлаждения.
Для различных целей физики низких температур часто требу-
ются тепловые ключи - устройства, теплопроводность которых
можно менять по своему усмотрению. Одной из возможных реализа-
ций теплового ключа является трубка, наполненная гелием, кото-
рый мы, меняя давление можем переводить изсвехтекучего состоя-
ния в нормальное и обратно.
4.3.2 ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Если нагреть Не II в одном из сосудов ,сообщающихся между
собой через тонкий капилляр или пористую перегородку, то в нем
за счет перехода в обычную понизится концентрация сверхтекучей
компоненты. Т.к. сверхтекучая компонента, стремясь к установ-
лению равновесия, будет по капилляру поступать из ненагретого
сосуда, а нормальная компонента из нагретого выходить не бу-
дет, уровень гелия в нагреваемом сосуде увеличится .
Этот эффект может быть использован для создания своеоб-
разных насосов Не II .
4.3.3 МЕХАНО-КАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Если повысить давление в одном из сосудов , рассматривае-
мых в предыдущем пункте, заполненных Не , находящемся в
сверхтекучем состоянии, то сквозь капилляр будет протекать
только сверхтекучая компонента.
Сверхтекучая компонента теплоту из сосуда , из которого
она вытекает , не уносит, вследствие чего температура внутри
этого сосуда будет повышаться. Температура же сосуда , в кото-
рый притекает сверхтекучая компонента будет уменьшаться.
На основе этого эффекта П.Л.Капицей был построен охлади-
тель. Одна ступень охладителя давала перепад температур 0.4 К.
Достоинствами метода является то, что его холодопроизво-
дительность не уменьшается с понижением температуры.
Используя Не II ка холодильный агент возможно в принципе
приблизиться сколь угодно близко к температуре абсолютного ну-
ля.
4.3.4 ПЕРЕНОС ПО ПЛЕНКЕ.
Поверхность тела, соприкасающегося с Не II покрывается
пленкой сверхтекучего гелия, по которой может происходить пе-
ренос жидкости из оного сосуда в другой.
Так, например , пустой сткан, погруженный не до краев в
Не II через некоторое время заполнится гелием. Скорость пере-
носа от разности уровней жидкости не зависит , и определяется
только периметром стенок в самом узком месте соединения.
Поскольку тонкую пленку можно рассматривать как капилляр,
то при переносе гелия на пленке имеет место термохимический
эффект. Можно усилить эффект , увеличив периметр тела, соеди-
няющего два сосуда, например, вставив пучок проволок.
Эффект нашел применение для разделения изотопов гелия Не-
3 и Не-4. Не-3 не свехтекучий, и по пленке сосуда, содержащего
смесь изотопов удаляется сам собой только изотоп Не-4.
Движение пленки можно остановить , если поместить пленку
между обкладками конденсатора, на который подано напряжение с
частотой 40-50 Герц.
4.4.1 ЭФФЕКТ ТОМСА.
Сопротивление , оказываемое трубопроводом потоку жидкости
при ламинарном режиме течения меньше , чем при турбулентном.
В 1948 г. Б.Томс ( Англия ) установил, что при добавлении
в воду полимерной добавки трение между турбулентным потоком и
трубопроводом значительно снижается .
Сам Томс работал с полиметилметакрилатом, растворенным в
монохлорбензоле; в последующие годы ученые и изобретатели в
различных странах нашли много других присадок, работающих еще
более эффективно.
Практическое применение эффекта Томса весьма разнообразно
: по традиции "смазывают" различными присадками трубопроводы,
"смазывают" полимерами морские и речные суда, напорные колонны
глубоких скважин и т.д.
Эффект Томса обуславливается образованием на границе
твердое тело-жидкость молекулярных растворов, которые ограни-
чивают турбулентность потока. Установлено , что добавка поли-
меров более эффективно действует при высоких скоростях потока
, где развивающаяся турбулентность потока больше.
Патент США N 3435796 : В устройстве, уменьшающем сопро-
тивление подводного аппарата, используется слабый раствор по-
лимера, образующий в пограничном слое забортной воды при сме-
щении подогретой жидкой смеси либо гранулированного или
порошкообразного полимера с морской водой. Подогретая жидкая
смесь представляет собой дисперсию макромолекул полимера,
растворимую в морс при температуре окружающей среды, но не-
растворимую в воде температуре выше 70 градус Цельсия.Когда по-
догретая жидкая смесь попадает в холодную воду при соответс-
твующих условиях окружающей среды, микрочастицы набухают и
растворяются, образуя клейкую массу. В пограничном слое обте-
кающего потока они образуют молекулярный раствор макромолекул,
препятствуя турбулизации потока.
А.с. N 244032: Способ снижения потерь напора при переме-
щении жидкости по трубопроводу, отличающийся тем, что с целью
достижения жидкостью свойства псевдопластичности, в нее вводят
длинноцепочный полимер, например полиакриламид, в колличестве
0,01-0,2% по весу.
Снижение гидродинамического сопротивления может быть до
за счет образования под воздействием какого-либо поля из моле-
кул самой жидкости присадок, аналогичных по свойствам полимер-
ным молекулам.
А.с. N 364493: Способ снижения гидродинамического сопро-
тивления движению тел, например, судов, путем уменьшения сил
трения в пограничном слое, отличающийся тем, что с целью упро-
щения способа и повышения его эксплуатационной надежности пу-
тем исключения подачи в пограничные слои высокомолекулярных
составов, в пограничном слое создают электромагнитное поле,
генерирующее комплексы молекул.
Применение способа по п.1 для решения внутренней задачи,
например, для снижения сопротивления жидкости в трубопроводе.
4.4.2. С к а ч о к у п л о т н е н и я.
Что такое лобовое сопротивление при обтекании твердых тел
потоком жидкости или газа - общеизвестно. Однако, кроме лобо-
вого сопротивления, при обтекании возникает так называемое
волновое сопротивление, являющееся результатом затрат энергии
на образование акустических или ударных волн. В газе, напри-
мер, ударные волны возникают при образовании скачка уплотнения
у лобовой поверхности тела при обтекании его сверхзвуковым по-
током газа. При образовании скачка уплотнения резко увеличива-
ется плотность, температура, давление и скорость вещества по-
тока; в результате могут иметь место процессы диссоциации и
ионизации молекул, сопровождающиеся мощным световым излучени-
ем. Световое излучение может сильно разогреть как газ перед
фронтомволны, так и поверхность движущегося тела.
4.4.3. Э ф ф е к т К о а н д а.
Румынский ученый Генри Коанд в 1932 году установил, что
струя жидкости, вытекающая из сопла, стремится отклониться по
направлению к стенке и при определенных условиях прилипает к
ней. Это обьясняется тем, что боковая стенка препятствует сво-
бодному поступлению воздуха с одной стороны струи, создавая
вихрь в зоне и пониженоого давления. Аналогично и поведение
струи газа. На основе этого эффекта строится одна из ветвей
пневмоники (струйной автоматики).
4.4.4. Э ф ф е к т в о р о н к и.
Если уровень жидкости в сосуде с открытой поверхностью
понизится до определенного уровня при свободном сливе жидкости
че отверстие в нижней части сосуда, то на поверхности жидкости
об водоворот (т.е. вихревое движение воды), который на ред-
кость устойчив, и нарушить его трудно.
4.5. Э ф ф е к т М а г н у с а.
Если твердый цилиндр вращется вокруг продольной оси в на-
бегающем потоке жидкости или газа, то он увлекает во вращение
прилегающие к нему слои жидкости или газа; в результате окру-
жающая среда движется отнительно цилиндра не только поступа-
тельно, но еще и вращается вокруг него. В той зоне, где нап-
равление поступательного и вращательного движения совпадают,
результирующая скорость движения окружающей средыпревосходит
скорость потока. С противоположной стороны цилиндра поток,
возникающий из-за вращения, противодействует поступательному
потоку и результирующая скорость падает. А из закона Бернулли
известно, что в тех местах, где скорость больше, давление по-
нижено и наоборот. Поэтому с разных сторонна вращающийся ци-
линдр действуют разные силы. В итоге появляется результирующая
сила, которая всегда направлена перпендикулярно образующим ци-
линдра и потоку.
Естественно, что такая же сила возникает при движении
вращающейся сферы в вязкой жидкости или газе (вспомните круче-
ны футболе, тенисе волейболе). На основе эффекта Магнуса в
свое время был построен корабль с вращающимися цилиндрами
вместо парусов. Конечно, эти цилиндры работали в качестве дви-
гателя только при боковом ветре.
В эффекте Магнуса взаимосвязаны: направление и скорость
потока, направление и величина угловой скорости, направление и
величина возникающей силы. Соответственно можно измерять поток
и угловую скорость.
Патент США N 3587327: В устройстве для измерения угловой
скорости и индикации направления вращения газовая струя разде-
ляется на две струи, каждая из которых тангенциально касается
противоположных сторон диска неподвижно закрепленного на акси-
ально вращающемся валу. Вращение диска накладывается на струи
разность давлений, величина которых пропорциональна скорости
вращения вала. В зависимости от направления вращения вала на
ту или другую струю накладывается большее относительное давле-
ние.
А.с. N 514616: Способ разделения неоднородных жидких сред
на легкую тяжелую фракции, предусматривает общее воздействие
на поток разделяемой среды центробежного и гравитационного по-
лей отличающийся тем, что с целью повышения эффективности, по-
ток разделяемой среды при воздействии на него центробежного и
гравитационного полей перемещают ввиде ряда, например, парал-
лельных слоев с расстоянием между слоями, меньшими величины
диаметра частиц тяжелой фракции, и последовательно возрастаю-
щими при переходе от одного слоя к другому, скоростями обеспе-
чивающими градиент скорости, направленной перпендикулярно пе-
ремещению слоев жидкости и создающий вращение частиц тяжелой
фракции вокруг своей оси, и гидродинамическую подьемную силу,
например силу эффекта Магнуса.
4.6. Дросселирование жидкостей и газов.
Дросселирование - расширение жидкости, пара или газа при
прохождении через дроссель - местное гидродинамическое сопро-
тивление (сужение трубопровода, вентиль, кран и другие), соп-
ровождающиеся изменением температур. Дросселирование широко
применяется для измерения и регулирования расхода жидкостей
газов.
4.6.1. Э ф ф е к т Д ж о у л я - Т о м с о н а.
(Дроссельэффект) заключается в изменении температуры газа
при его адиабатическом (без теплообмена с окружающей средой)
дросселировании, т.е. протекании через пористую перегородку,
диафрагму или вентель. Эффект называется положительным, если
температура газа при адиабатическом дросселировании понижает-
ся, и отрицательным, если она повышается. Для каждого реально-
го газа существует точка инверсии - значение температуры при
которой измеряется знак эффекта. Для воздуха и многих других
газов точка инверсии лежит выше комнатной температуры и они
охлаждаются в процессе Джоуля-Томсона. Дросселирование - один
из основных процессов, применяемых в технике снижения газов и
получения сверхнизких температур.
А.с.257801: Способ определения термодинамических величин
газов, например, энтальции, путем термостатирования исходного
газа, дросселирования его с последующим измерением тепла, под-
веденного к газу, отличающийся тем, что с целью определения
термодинамических величин газов с отрицательным эффектом Джоу-
ля-Томсона, газ после дросселирования охлаждают до первона-
чальной температуры, затем нагревают до температуры после
дросселя с измерением подведенного к нему тепла и по известным
соотношениям определяют искомые величины.
4.7. Гидравлические удары.
Быстрое перекрытие трубопровода с движущейся жидкостью
вызывает резкое повышение давления, которое распределяет упру-
гой волны сжатия по трубопроводу против течения жидкости. Эта
волна несет с собой энергию, полученную за счет кинетической
энергии жидкости. Подход волны к какому-нибудь препятствию
(изгибу трубопровода, задвижке и т.д.) вызывает явление гид-
равлического удара. Ослабление гидравлического удара может
быть достигнуто или увеличением времени перекрытия, или же
включением каких-либо, демпферов поглощающих энергию волны.
Для увеличения силы удара целесообразно применять жидкости без
неоднородностей и мгновенные перекрытия. Обычно вслед за гид-
равлическим ударом следует удар кавитационный, возникающий из-
за понижения давления за фронтом ударной волны сжатия (о кави-
тации смотри раздел 4.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29