Практические диапазоны возможностей электрогидравлического эффекта

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Современные представления гидродинамической теории суперпозиции ударных волн в среде

Как известно, согласно современным представлениям гидродинамической теории суперпозиция ударных волн в среде не вызывает образования потоков данной среды, сопровождаясь лишь передачей энергии волн без перемещения вещества в среде [1]. За исторический период после фундаментальных трактатов Д. Бернулли «Гидродинамика» /1738 г./ и Л. Эйлера «Общие принципы движения жидкости» /1755 г./ в гидродинамике сформировалась система уравнений движения сплошной среды (жидкости или газа), которая рассматривает среду изотропной и гиротропной:

div = 0

Для практических расчетов установившихся движений несжимаемой жидкости на основе уравнений широко используется первый интеграл Бернулли, частное решение которого для трубки тока как на рис.1 можно записать:

+ gh = Const

По существу уравнение выражает собой закон сохранения энергии в трубке тока среды, что совершенно справедливо в условиях невмешательства извне в энергетический баланс данной трубки тока. Именно поэтому, Б. Риман еще в 1860 году в своих мемуарах “О распространении плоских волн конечной амплитуды“, рассматривая распространение возмущений в среде, пришел к выводу об образовании ударных волн в баротропных средах, так как:

х = tc() +()

В соответствии с выводом распространение возмущений плотности среды можно представить графически как на рис. 1, но с учетом второго начала термодинамики волны разрежения невозможны, поэтому реально выполняется лишь правая часть графика:

Рисунок 1

Такие возмущения в среде называются акустическими, а описывающая их теория является линейной, не позволяя рассматривать импульсные явления с образованием в среде паро-газо-вакуумных полостей, когда жидкость уже нельзя рассматривать сплошной несжимаемой средой. Рассматривая такие импульсные явления в среде с позиций газовой динамики, на основе законов сохранения массы, импульса и энергии, мы придем к известным соотношениям Ренкина-Гюгонио [1], которые для плоского случая в неподвижной системе координат могут быть представлены:

₁ (D - U ₁) = ₂ (D - U₂ )

P₁ +₁U₁(D - U ₁) = P ₂ + ₂ U ₂ (D - U ₂)

e₁ - e ₂ = (P₁+P ₂) ( - )

где: D - скорость ударной волны , U - скорость среды, а , P, e - соответственно плотность, давление и удельная внутренняя энергия жидкости. Здесь индексами 1 и 2 обозначены соответственно состояния среды по обе стороны поверхности разрыва. В частном случае для покоящейся перед ударной волной среды, когда U₁ = 0 имеем следствия:

₁D = ₂(D - U₂)

P₁ = P₂ + ₂ U₂ (D - U₂ )

e₁ - e₂ = (P₁ + P₂ ) ( - )

Отсюда следует вывод о том, что при условии образования ударной волны, то есть когда D 0, то имеет место U₂ 0.

Таким образом, импульсная ударная волна порождает движение сплошной среды во все стороны, то есть взрыв, который может быть направлен, например, неоднородноcтью среды или специальными техническими приспособлениями (отражателями, экранами и т.п.), то есть, рассматривая импульсные ударные волны с позиций нелинейной газовой динамики, мы приходим к возможности образования направленного выброса среды в различных направлениях системой единичных взрывов, которые не могут здесь рассматриваться в качестве непрерывных потоков данной среды, что и подтверждается следствием из соотношений Ренкина-Гюгонио.

Вместе с тем, как это обнаружилось в изучении электрогидравлического эффекта [1] с помощью последнего представляется новая возможность техническими средствами подводить энергию в поток среды с установившимся движением, оказывая тем самым влияние на энергетический баланс заданной области среды. Более того, получили практическое применение различные устройства в виде сосудов, полостей, отражающих поверхностей и т.п., с помощью которых формируются кумулятивные струи жидкости под действием ЭГЭ [2].

Так как в работах автора [3], [4], [5] и др. предпочтение отдаётся лишь техническим решением с использованием кумулятивного электрогидравлического эффекта (движителей, насосов и т.п.), то здесь необходимо привести несколько примеров технических решений, в которых технический результат достигается за счёт применения упомянутых устройств.

1. Способ разрушения ледяного покрова по патенту № 1600204 РФ

Рисунок 1. Принципиальная электросхема установки

Рисунок 2. Схема установки в процессе работы

Изобретение предназначено для расширения навигационных сроков в полярных широтах и включает в себя установку для электрогидравлического разрушения ледяного покрова.

Установка размещена на борту судна 1 ледокольного типа и включает в себя энергоустановку 2, блок электропитания 3, насосную установку 4, опору 5 со стрелой 6, на которой вынесены конец кабеля 7 от блока электропитания 3 и конец шланга 8 от насосной установки 4. Конец кабеля 9 противоположного полюса с помощью дополнительной опоры 10 опущен в воду за бортом и там присоединен к пластине - электроду 11. Конец шланга 12 от всасывающего патрубка насосной установки 4 также опущен в воду за борт и служит водозабором. На конце кабеля 7 присоединен массивный электрод 13, например, шарообразной формы, который размещается на разрушаемой льдине 14.

При подходе судна к льдине 14 насосной установкой 4 забортная вода заливается на льдину 14. На неё устанавливается электрод 13 и включается электрический разряд по поверхности льдины 14 и её микротрещинам, который разрушает её на мелкие куски, позволяя судну продолжать продвижение по курсу до встречи с очередной льдиной 14 для повторения способа по описанному.

2. Электроискровой плуг по патенту № 1428225 РФ

Изобретение позволяет развивать высокую производительность на переувлажненных плантациях и предназначено для безотвальной обработки почвы.

Рисунок 3. Общий вид плуга сбоку и его принципиальная электросхема

Рисунок 4. Продольный разрез корпуса плуга по оси

Плуг состоит из корпуса 1, на котором размещен конический электрод 2, электрически соединенный пробкой 3 , трубкой 4 и проводом 5 с источником электропитания на борту машины. Второй электрод в виде кольца 6 с выводом 7 на изоляторе 8 и изолирующих прокладках 9 и 10 образует с первым электродом 2 электроразрядную пару. Корпус 1 плуга прикреплен к несущей стойке плуга (не показана) с помощью вертикального ножа 11 с бортиком 12.

Источник электропитания состоит из типового генератора переменного тока (не показан), трансформатора 13, дросселя 14, батареи конденсаторов 15 и формирователя разрядов 16 с двигателем 17.

При включении электропитания на заглубленный плуг между электродами 2 и 6 с частотой, определяемой скоростью вращения двигателя 17 , осуществляются электрические разряды через почвенный слой, ударные волны от которых разрыхляют почву, одновременно облегчая продвижение плуга по ходу машины.

Регулируя скорость разрядов и величину электрического напряжения в зависимости от конкретных условий эксплуатации, достигается оптимальный режим обработки почвы.

3. Электрогидравлический судовой движитель по патенту № 1213645РФ

Рисунок 5. Общий вид движителя сбоку

Рисунок 6. Схема монтажа разрядных электродов. Принципиальная электросхема движителя

Изобретение предназначено для сообщения движения судам преимущественно подводного типа.

Движитель содержит обтекаемый корпус 1, на конической части которого в пробках 2 размещены электроразрядники 3 с выводами 4, соединенные с источником многофазного электрического напряжения на борту судна. Схема соединения разрядников 3 выполнена фазными парами с диаметрально противоположных сторон корпуса 1.

При включении электропитания на разрядники 3 между электродами через воду возникают электрические разряды, ударные волны которых одновременно с противоположных сторон корпуса 1 осуществляют давление на его коническую поверхность, создавая тягу по оси корпуса в течение всего времени электропитания.

4. Сопло ракетного двигателя по патенту № 2041376 РФ

Изобретение предназначено для повышения тяги реактивных двигателей различных конструкций и может быть использовано в космонавтике и реактивной авиации с целью снижения расхода рабочего вещества, например, в условиях применения в качестве бортовых энергоустановок ядерных реакторов.

Рисунок 7. Принципиальная электросхема сопла

Рисунок 8. Поперечный разрез сопла диаметральными плоскостями

Рисунок 9. Продольный разрез сопла диаметральными плоскостями

Сопло 1 сверхзвукового профиля размещено в корпусе 2, внутри сопла 1 на кронштейнах 3 обтекаемого сечения соосно укреплен отражатель 4 обтекаемого профиля основанием к выходу сопла 1. По кольцевому сечению отражателя 4 на его конической части размещены электроразрядные пары электродов 5 многофазной системы по две однофазных пары электродов с диаметрально противоположных сторон отражателя 4, которые соединены с источником многофазного импульсного тока на тиристорах Т₁ ,Т₂ , Т₃ , в цепь управления которых включен формирователь разрядов с регулируемой частотой (скважностью), например, с помощью управляемого электродвигателя Дв. с коммутационной системой в цепи управления тиристоров.

При включении электропитания разрядников 5 на отражателе 4 между электродами фазных пар через рабочую среду реактивной струи осуществляются электрические разряды в заданной посредством управляемой двигателем Дв. скважности. В результате давления ударных волн от электрических разрядов одновременно с противоположных диаметрально сторон отражателя 4 возрастает тяга двигателя с соответствующим увеличением скорости истечения реактивной струи из сопла 1.

5. Насос электрогидравлический по заявке № 4167272 /29 Роспатента

Насос предназначен для создания напора в агрессивных рабочих средах, поэтому может быть использован в электрометаллургии алюминия, в энергетике для гидрозолоудаления и т.п.