Способ моделирования нестационарных течений несжимаемой жидкости

30 Изобретение относится к научныммоделям в технической физике, а именно к способам моделирования нестационарных течений несжимаемых жидкостей.Известен способ моделирования нестационарных течений несжимаемой жидкости путем изготовления модели конденсированной среды, механическогонагружения модели и регистрациитечений 131 ОСпособ характеризуется недостаточно высокой точностью моделирования.Цель изобретения - повышение точности моделирования приближением моделируемого процесса к естественному. 15Поставленная цель достигается тем,что в способе моделирования нестационарных течений несжимаемой жидкостипутем изготовления модели конденсированной среды, механического нагру" 20жения модели и регистрации течений,модель изготавливают из студней, анагружение осуществляют давлением5 10Р с 10 Па.Модель изготавливают из водного 25студня желатина.В качестве материалов, моделирующих конденсированную среду, применяют студии водного раствора желати.на. Затвердевшие студни обладаютсвойством сохранять приданную ихформу, что позволяет изготавливатьиз студней сложные по форме модели,например, цилиндрическую оболочку.Модели изготавливают отливкой разогретого раствора с последующим остуживанием.К модели прикладывают давление отокружающей среды, происходит движениевещества модели, например, схлопывание или разлет цилиндрической оболочки, ограниченной по торцам жесткими йоверхностями под действием при;ложенного извне или изнутри давлениягаза.Студень желатина является практически несжимаемым в диапазоне дав"лений Ос Р10 ф Па. Сжимаемость студняжелатина определяют сжимаемостью йоды цсоставляющей основу студня. ИссЛедование прочностных свойств студня по,казало, что давление пластичностиэтого материала Р,= 5 10 Па. Приодностороннем сжатии кубика студняпри таком давлении происходит пластическая деформация. Это уравнениек студню, приготовленному по технологии изготовления для пищевых целей, Изменение концентрации содержания желатина в студне и температуры изменяет его прочность и вяз"кие характеристики,60Таким образом, в диапазоне дав"лений 5 10 (0,05 атм) ссРсс 10 Па(1000 атм) студень можно рассматри-вать как идеальную несжимаемую жидкость. Свойство студня желатина вести себя при неоднородном импульсном механическом нагружении как жидкость установлено в результате исследований.Такие давления импульсного харак".ера могут создаваться при помощи Воздушных ударных труб, а также детонаций газообразных взрывчатых смесей водорода с кислородом, аце тилена с кислородом и др., при взрыве таких смесей возникают давления порядка 10 - 3 10На (10-30 атм).На фиг. 1 изображена схема экспе,римента по ускорению жидкого кольца разлетающегося под действием внутреннего давления взрывающейся газовой смеси; на фиг. 2 - зависимость. радиуса К наружной границы кольца от времени 1 после взрыва; на фиг.3 схема эксперимента по увлечению. твердого шарика жидким слоем, движущимся с ускорением; на фиг. 4 приведены графические копии кадров фотохронограммы опыта, иллюстрирующие процесс ускорения шарика.В качестве конкретного приема выполнения приведена схема эксперимента по моделированию процесса разгона цилиндрической оболочки газовой взрывчатой смесью, помещенной внутрь этой оболочки (фиг. 1).Цилиндрическое кольцо 1 моделируют келатиновым студнем; кольцо 1 изготовлено отливом в форму или вырезанием из пластины желатинового студня.Кольцо помещают между двух толстых пластин 2 из органического стекла, Пластины 2 скреплены между собой шпильками 3. Замкнутый внутренний объем кольца 4 заполнен газовой взрывчатой стехиометрической смесью ацетилена с кислородом через газо- вводные трубки 5. Прочность студневого кольца сравнительно невелика, она достаточна для монтажа модели и сохранения его заданной формы в поле сил тяжести. Однако вакуумирование объема кольца исключено, поэтому заполнение газовой смесью производят продуванием рабочего объема количеством газа, многократно (в 5-10 раэ) превышающим этот объем.После заполнения объема кольца 4газовой смесью производят ее подрывпри помощи электрического искровогоразряда в искровом зазоре, помещенном в объеме кольца 4. Место расположения точки инициирования подрыва(искрового зазора) несущественно,так как скорость детонации газовой взрывчатой смеси(2,3 км/с) и скорость звукапродуктов взрыва (л 1 км/с) на,ч 2 порядка превышают характерную скоростьразлета кольца (10-20 см/с). Поэтому давление внутри кольца 4 должноуспевать выравниваться до начала егоразлета.Шпильки 3, стягивающие пластины 2, предотвращают воэможность их смещения. Пластины 2 служат для возникающего двумерного движения жесткими стенками. Поверхность пластины 2 (по данным экспериментов) не вносит заметных искажений в возникающее: течение.Регистрацию движения кольцевого слоя и формы его границ осуществляют скоростной кинокамерой в направ ленин стрелки Б.На фиг. 2 показаны экспериментальные точки б, расчетная кривая 7 для (,ф) при вязкости жидкого материала кольца равной вязкости воды; " 15 "(=0,001 Пафс (0,01 Па) и кривая 8 при вязкости= 1 Пас (10 Па).Иэ сравнения расчета и эксперимента видно, что вязкостью желатино. вого студня после начала движения 2 можно пренебречь.Материал, пластины (фиг, 3) моделируют желатиновым студнем. В слое 9 студня помещают твердый шарик 10 из алюминия, Слой 9 студня с шариком 10 2 д размещен в трубке 11 квадратного сечения с жесткими стендами и с закрытым нижним концом, .Образовавшийся замкнутый объем 12 заполняют газовой взрывчатой смесью через гаэовводные трубки 13. Смесь. подрывают и затем наблюдают за движением студневого слоя 9 и шарика 10 через прозрачные боковые стенки трубки 11 в направлении стрелки Б. Регистрацию картины течения осуществляют при помощи кинокамеры.Под каждым кадром картины (фиг. 4) приведено время, отсчитанное от момента подрыва газовой смеси, Твердый шарик 10 перемещается относительно верхних 14 и нижних 15 границ слоя студня, перемещающегося в трубке 11Прозрачность слоя желатинового студня позволяет наблюдать движение шарика относительно слоя студня и, соответственно, процесс его ускорения. Общими чертами этих течений являются практическая несжимаемость конденсированной среды и пренебрежимо малое влияние ее прочностных свойств на характер движения,Предлагаемый способ расширяет воэможности моделирования исследования .различных нестационарных течений несжимаемой жидкости и повышает точность моделирования приближением мо,делируемого процесса к естественному.10261 54огю ВНИИПИ Эакаэ 4562/41 Тираж 488 Подписное Филиал ППП "Патент", г,Ужгород, ул.Проектная,