способ снижения гидродинамического сопротивления

Формула изобретения

1. Способ снижения гидродинамического сопротивления, отличающийся тем, что на соприкасающихся с жидкостью участках поверхности транспортного средства или трубопровода возбуждают изгибные и продольные упругие колебания одинаковой частоты с разностью фаз /4, при этом продольные колебания возбуждают параллельно движению транспортного средства в воде или потока жидкости в трубопроводе.

2. Способ снижения гидродинамического сопротивления по п.1, отличающийся тем, что снижение гидродинамического сопротивления осуществляют в ультразвуковой области частот.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано в судостроении, подводной технике, трубопроводах, а также в медицине.

Известен способ снижения гидродинамического сопротивления (авт. свид. №364493, Способ снижения гидродинамического сопротивления движению тел, БИ №5, 1973), в котором для снижения гидродинамического сопротивления движения тел в пограничном слое создают электромагнитное поле, генерирующее комплекс молекул. Недостатком данного способа является то, что часть генерируемых в результате электролиза комплексов молекул может оказаться за пределами пограничного слоя, уменьшая эффективность способа.

Известен также способ снижения гидродинамического сопротивления, в котором снижение гидродинамического трения обшивки корпуса судна осуществляют путем подачи водного раствора полимерных добавок в турбулентный пограничный слой жидкости, обтекающей корпус судна (патент №2196700, Способ снижения гидродинамического трения обшивки корпуса судна, 2003.01.20). Недостатком этого способа снижения гидродинамического сопротивления, как и вышеуказанного, является загрязнение окружающей среды. Кроме этого, указанные способы не могут применяться для решения внутренней задачи в трубопроводах при транспортировке чистых жидкостей и в медицине.

Задачей изобретения является снижение гидродинамического сопротивления жидкости.

Задача решается способом, в котором на соприкасающихся с жидкостью участках поверхности транспортного средства или трубопровода возбуждают изгибные и продольные упругие колебания одинаковой частоты с разностью фаз /4, при этом продольные колебания возбуждают параллельно движению транспортного средства в воде или потока жидкости в трубопроводе.

В транспортных средствах малых размеров, в отдельных узлах подводной части транспортных средств, трубопроводах малых поперечных сечений и в медицине предлагаемый способ снижения гидродинамического сопротивления осуществляют в ультразвуковой области частот.

На фиг.1 изображен движущийся в воде и совершающий взаимно перпендикулярные изгибные и продольные колебания участок поверхности транспортного средства.

На фиг.2 изображена траектория движения участка поверхности транспортного средства или трубопровода при возбуждении в нем изгибных и продольных колебаний одинаковой частоты для случая, когда амплитуда изгибных колебаний превышает амплитуду продольных колебаний в два раза и разность фаз колебаний составляет /4.

Способ снижения гидродинамического сопротивления заключается в следующем. Как известно, гидродинамическое сопротивление обусловлено вязкостью жидкости и наличием вблизи поверхности водного транспортного средства или трубопровода пограничного слоя, в котором имеется градиент скорости жидкости. Для снижения гидродинамического сопротивления необходимо уменьшить этот градиент скорости, например, сообщая дополнительную скорость пограничному слою за счет колебаний участков поверхности транспортного средства или трубопровода. Это можно сделать следующим образом.

Если участку транспортного средства или трубопровода, соприкасающегося с поверхностью жидкости, сообщить колебательное движение, то это движение будет совершать также и пограничный слой жидкости. Приобретаемая при этом колебательная скорость пропорциональна амплитуде и частоте колебаний. В случае возбуждения на участках поверхности транспортного средства или трубопровода взаимно перпендикулярных изгибных и продольных упругих колебаний одинаковой частоты (фиг.1), эти участки совершают вращательное движение по эллиптическим траекториям, вовлекая в это движение пограничный слой жидкости (фиг.2). При этом продольные колебания сообщают движение пограничному слою жидкости вдоль поверхности корпуса транспортного средства или поверхности трубопровода, а изгибные колебания вызывают колебания давления в пограничном слое жидкости, периодически изменяя ее силы связи с поверхностью корпуса транспортного средства или трубопровода. Тогда, при достаточно большой амплитуде изгибных колебаний в определенное время периода колебаний силы связи пограничного слоя жидкости с колеблющейся поверхностью могут быть минимальными. В связи с этим, при разности фаз продольных и изгибных колебаний, близкой к /4, пограничный слой жидкости будет периодически смещаться преимущественно в одном направлении вдоль поверхности транспортного средства или трубопровода. При этом уменьшается градиент скорости в пограничном слое жидкости и вследствие этого снижается гидродинамическое сопротивление.

Возбуждение изгибных и продольных упругих колебаний участков поверхности транспортного средства или трубопровода осуществляют, используя механические, электромагнитные, электродинамические вибровозбудители [Вибрации в технике: Справочник. В 6 т./ Ред. совет: В.Н.Челомей(пред.). - М.: Машиностроение, 1981. - Т.4. Вибрационные процессы и машины/ Под ред. Э.Э.Лавендела. 1981, 509 с.], а также магнитострикционные и пьезоэлектрические источники колебаний [Ультразвук. Маленькая энциклопедия /Глав. ред. И.П.Голямина. М.: Советская энциклопедия, 1979, 400 с.].

Движение пограничного слоя жидкости наблюдается на участках поверхности частично погруженной в воду струны, в которой одновременно возбуждены взаимно перпендикулярные колебания от пьезоэлектрического источника поперечных и продольных упругих волн [Александров В.А.// Письма в ЖТФ, 2003, том 29, вып. 10, с.88-94]. Транспортирование слоя воды осуществляется на участках струны с разностью фаз поперечной и продольной волн Ф=[(2m+1) /2]+ /4 (m=0, 1, 2, ...). Поперечные колебания струны подобны изгибным колебаниям стержня, так как струна представляет собой закрепленный в двух концах тонкий длинный стержень.

Предлагаемый способ снижения гидродинамического сопротивления может использоваться рыбами и морскими млекопитающими, так как одновременно с изгибными поперечными движениями они могут совершать продольные колебательные движения. Рекордсменами в скорости являются, как известно, меч-рыба, тунец и дельфин, скорость которых может достигать соответственно 130, 90 и 40 км/час.