Структурный анализ систем

Недостаток рассмотренного циклона состоит в том, что мелкая пыль не долетает до пылесборника, а оседает на стенках вытяжной трубы (вытяжки). Поэтому приходится циклон время от времени останавливать и чистить трубу.

Попробуем перейти к смешанному веполю (3.43), т. е. добавим П₃, воздействующее на В_2, генерирующее поле П₄, которое действует на пыль В₂ (3.47).

Чтобы пыль не засоряла вытяжку, всю трубу превратили в электрод — полый цилиндр из металла, утыканный иголками, располагающимися на выходе трубы. На электрод подается электрическое поле, которое отталкивает пыль от вытяжной трубы (рис. 3.15). Таким образом, пыль оказывается в пылесборнике.

Где:

В₁ — воздух;

В₂ — пыль;

П₁ — воздушный поток;

П₂ — центробежные силы;

П₃ — электрическое поле;

В₄ — иголочки на трубе;

П₄ — статическое электричество (электрическое поле).

Рис. 3.15. Электрофильтр (коническая часть циклона — рис. 3.14)

Глава 4. Устранение вредных связей

4.1. Тенденции устранения вредных связей

Довольно значительный класс задач связан с нежелательным эффектом, представляющим собой вредную связь вещества с веществом, поля с веществом или вредное воздействие полей.

Устранение вредных связей осуществляется с помощью определенных закономерностей (см. рис. 4.1 — 4.3):

1. Вредная связь между веществами (рис. 4.1):

— введением третьего вещества В₃ — схема (4.1);

— введением третьего вещества В_3, которое является видоизменением имеющихся веществ В₁ и В₂ (В₃=В^'₁, В^'₂) или самими веществами (В₃=В₁, В₂) — схема (4.4);

— введением третьего вещества В₃=В^'₁, В^'₂ (В₃=В₁, В₂) и поля П₂, которое воздействуя на В₁ или В₂ видоизменяет его В₁^» или В₂^» — схема (4.5);

2. Вредная связь между полем и веществам (рис. 4.2):

— «оттягивание» вредного действия — схема (4.7);

— введением второго поля П₂ — схема (4.8);

— введением третьего вещества В₃, которое генерирует П₂ — схема (4.11);

— введением третьего вещества В₃, которое генерирует П₂ под воздействием П₃ — схема (4.13).

3. Вредная связь между веществом и полем (рис. 4.3). Управление выходным полем:

— введением дополнительных вещества В₂ и поля П₂ — схемы (4.16) — (4.18);

— заменой имеющегося вещества В₁ на В₂ и введением дополнительного поля П₃, которое управляет выходным полем П₂ — схемы (4.20) — (4.21);

Рис. 4.1. Тенденция устранения вредных связей между веществами

Рис. 4.2. Тенденция устранения вредных связей полем и веществом

Рис. 4.3. Тенденция устранения вредных связей полем и веществом

Цель третьей группы управлять выходным полем П_2.

4.2. Устранение вредных связей введением В 3

Устранениевредных связей в системе производится введением между веществами В1и В2 постороннего третьего вещества В3.

Это описывается схемой (4.1):

Вводимое вещество В₃ может быть на макро- и микроуровне.

Задача 4.9. Подводные крылья

Условия задачи

При движении судна на подводных крыльях, на крыле, вследствие кавитации9, происходит эрозия (разъедание материала), образуются каверны и крыло теряет свою эффективность (рис. 4.4).

Явление кавитации на крыле возникает из-за его взаимодействия с водой, создающее подъемную силу, но при этом возникает гидродинамическое сопротивление; а при увеличении скорости появляются кавитационные пузырьки.

В целом ставится задача уменьшения гидродинамического сопротивления и, в частности, не допустить вредных последствий кавитации.

Как быть?

Рис. 4.4. Подводное крыло

Разбор задачи

Представим задачу в вепольном виде (4.2).

Где:

В₁ — вода;

В₂ — крыло;

П₁ — поток воды.

Поток воды действует на крыло, создает подъемную силу (прямая стрелка) и поток воды действует на крыло, образуя гидродинамическое сопротивление или кавитационные пузырьки, создающие каверны (волнистая стрелка — плохое действие).

Это веполь с вредной связью.

Вредная связь может быть устранена введением В₃ в соответствии со схемой (4.1). Тогда для данной задачи структурное решение можно представить схемой (4.3).

Для снижения сопротивления в качестве В₃ можно использовать:

1. Волоски (рис. 4.5) — макроуровень В₃. Они превращают турбулентный поток (поток с вихрями) в ламинарный (ровный — без вихрей).

2. Вещества с длинными молекулами (волоски В₃ на микроуровне). В качестве этих веществ могут использоваться гели, полимеры и т. п. Такое явление называется эффектом Томса.

Рис. 4.5. Подводное крыло, покрытое волосками

На рис. 4.5 В₃ — это волоски.

Подобные решения можно использовать и на других объектах, обтекаемых водой.

Пример 4.11. Подводный аппарат