Н.Н. Сунцов - Методы аналогий в аэрогидродинамике (1163179), страница 11
Текст из файла (страница 11)
В середине ванны на стекле устанавливается модель тела, обтекание которого предполагается исследовать. Так как аналогия имеет место между движением электрического тока и невязкой жидкости, то обтекание тела жидкостью должно быть безотрывным, т. е. контур тела в потоке жидкости должен являться линией тока. Модель обтекаемого тела выполняется геометрически подобной натурному объекту. В случае аналогии А контур модели должен являться силовой линией, поэтому модель выполняется нз диэлектрика, например, из парафина или воска. дУ При этом на поверхности модели — = 0 а в потоке дп жидкости на поверхности тела — = О, т.
е. граничные дч дп условия для электрического потенциала и потенциала скоростей тождественны. При аналогии В контур модели должен являться эквипотенциальной линией, поэтому модель выполняется из хорошего проводника †метал. Плановые размеры модели зависят от размеров ванны и ныбираются таким образом, чтобы по границам ванны потом можно было считать невозмущенным. Опыты показывают. что если исследуется обтекание вытянутого тела 1типа крылоного профиля) длиной 1, причем модель установлена вдоль ванны, то длина ванны должна быть минимум в 2,0 — 2,5 раза, а ширина ванны в 1,0 — 1,5 раза больше длины модели 1.
Высота модели должна быть несколько больше глубины электролита в ванне. 68 элвктгогидгодинамичвская аналогия (эгда) 1гл. гы На рис. 11 изображен вид сверху на электролитическую ванну. Введены обозначения: Ш, н Ша — шины, Р— рейка, Д вЂ” движок, М вЂ” модель, выполненная из диэлектрика. Схема, изображенная на этом рисунке, соответствует аналогии А. В случае аналогии В шины были бы установлены вдоль двух других бортов 1 ванны, а модель выполня- лась бы из хорошего про- 1 д1 ~ водника.
д д ' В электролитической установке питание шин о осуществляется переменным током, чтобы исключить поляризацию. Остановимся далее на выборе электролита. В данной установке в качестве электролита могут служить водные растворы различных солей, кислот и оснований. Широко применяется, например, водный раствор медного куя: пороса Сп80 . С успехом может применяться в качестве электролита обычная водопроводная вода, которая содержит растворы многих солей. Коэффициент электропроводности электролитов может изменяться в очень широких пределах (с=0,5 — 10 ' 1!омсм).
На рис. 12 представлена зависимость коэффициента электропроводности от концентрации раствора СвЗОа в дистиллированной воде. При прохождении электрического тока через электролит происходит ряд электрохимических и электрокинетических процессов, а также возникают различные паразитные токи. Все это затрудняет измерения искомых величин и вносит погрешности в исследования.
Особенно вредными явлениями будут емкостные токи, токи смещения, диффузионный потенциал и электрохимические процессы на шинах. К этим 69 влвктгичвская модель 6 3.41 процессам относятся концентрационная поляризация, а также образование на шинах тонкого слабопроводящего слоя вследствие адсорбционного нли электрохимнческого пасснвирования металла, что влечет за собой образование контактной равности потенциалов. Кроме того, на точности опытов сказывается возникновение двойного электрического слоя на границе металл в электролит, влияние скин-эффекта, а также яг-' ят' в ' ю' ~а' Сайеяеее СиЮ, а г мт Г см' растаоро Рис. 12.
Зависимость коэффициента электрояро- водиости от концентрации раствора СяЗОм электрокинетических явлений (электрофореза. электроосмоса и т. п.). Интенсивность укаэанных вредных явлений зависит от чистоты и химического состава электролита, материала шин, условий проведения опытов, характеристик электрического тока и электрической схемы установки. Совершенно очевидно, что нужно стремиться за счет перечисленных факторов ослабить эти вредные явления. Это относится прежде всего к выбору электролита. Применение электролита, обладающего небольшими и примерно одинаковыми подвижностями аиионов и катионов, снижает концентрационную поляризацию и уменьшает диффузионный потенциал.
Желательно применять электролит с минимальным значением диэлектрической постоянной и максимальной 70 элвктгогндгодинлмнчвская аналогия (эгдд) [гл. ш вяакостью. Благодаря первому фактору снижаются полярнзацня н емкостный ток, а благодаря второму ослабляются электро- кинетические явления в местах соприкосновения электролита с твердыми стенками. Необходимо добиваться отсутствия в электролите твердых взвешенных частиц, в противном случае заметно усилится электрофорез.
Уменьшение концентрации электролита вызывает уменьшение переходных со- противлениЯ на шинах, а также ослабление концентрационной поляризации, гальванического эффекта и емкостного тока. С точки врения перечисленных выше требований приемлемымн электролитами являются водные растворы Сп80а малых концентРаций (0,001 0,010з7е), а также водопРоводная вода. В соответствии со свойствами электролита должен производиться выбор материала для металлических деталей установки (шины, игла щупа, модель обтекаемого тела в случае аналогии В). Если в качестве электролита используется водный раствор Сп80, то лучшим материалом для металлических деталей являются красная медь нлн латунь. Они же применяются н в том случае, если в качестве электролита используется водопроводная вода.
Следует иметь в виду, что все металлические детали должны изготовляться нз одного материала, в противном случае в ванне будет возникать дополнительная э. д. с., обусловленная или раалнчием обратимых потенциалов у разных металлов, или гальваническим эффектом. Характеристики применяемого электрическою тока также влияют на электрохнмнческие процессы, протекающие в электролите. Чтобы избежать сильного электролиза, не рекомендуется применять ток с частотой ниже 50 ап. Верхним допустимым пределом частоты можно считать частоту 1000 зп.
Дальнейшее повышение частоты тока повлечет за собой сильное увеличение скин-эффекта, потерь на токи Фуко, возникновение диэлектрического гистерезиса, повышение емкостн схемы относительно земли, возрастание токов смещения и др. Чем больше частота применяемого тока, тем меньше следует брать глубину электролита в ванне, чтобы уменьшить влияние скин-эффекта. Вообще же частота тока должна применяться больше в тех установках, где имеются значительные емкости. Радикальной мерой, снижающей отно- й 3.4] электгическая модель 71 сительную погрешность измерения, возникающую в результате электрохимических процессов на шинах, является повышение напряжения. Чрезмерное повышение напряжения может вызвать неравномерный нагрев электролита в разных местах ванны. Кроме того, выбор напряжения на шинах должен быть сообразован с требованиями техники безопасности.
Выбор напряжения зависит также от точности применяемой иамерительной схемы. При сообщении напряжения шинам на границе металл- электролит наблюдается резкий скачок потенциала, который происходит в тонком слое электролита, прилегающего к шине, илн в аащитной пленке шины, образованной в результате электрохимического и адсорбцйонного пассивирозания металла. Для уменьшения этого скачка потенциала поверхности шин не должны подвергаться адсорбционному или электро- химическому пассированию. Следовательно, нельая очищать поверхности шин сильными пассиваторами, как-то: фенолом, бензином, бензолом, толуолом, четыреххлористым углеродом н др.
Исключение составляет этиловый спирт. Поверхности очищенных шин следует оберегать от загрязнения жирными кислотами, сульфокислотами и различными смесями этих веществ. Следует избегать присутствия в электролите окислителей, способствующих пассивированню шин, таких, как кислород, азотная кислота, соли хромовой кислоты, перекись водорода и др. Желательно иметь в растворе электролита водород, а еще лучше — хлориды. Поверхности шин должны быть гладко отполированными, без царапин и выбоин. Для очистки поверхности шин от окисления и загрязнения можно применять травление. Хороший реаультат в отношении снижения контактной разности потенциалов дает серебрение шин. Так как, несмотря на все принятые меры, шины ванны могут оказаться в электрохимическом отношении неодинаковыми, то необходимо следить, чтобы они не были включенными в замкнутую цепь после проведения эксперимента, ибо шины, образуя гальваническую пару, приведут к еще большему нарушению равновесия.
Для уменьшения емкостного падения напряжения на границе металл-электролит нельзя подвергать установку действию постоянного тока, включение и выключение переменного 72 элзктгогидгодинамичвская аналогия (эгда) 1гл. щ тока следует производить путем медленного повышения или понижения напряжения при помощи автотрансформатора. Если по не зависящим от экспериментатора причинам произошло внезапное отключение установки, то для получения воспроизводимых результатов нужно просушить и вычистить шины или, по крайней мере, произвести многократное плавное повышение напряжения до значения, дающего ток, в 1,б раза превышающий тот, прн котором произошло отключение, и плавное понижение до нуля. Далее, целесообразно проволоку иглы щупа в тех частях, которые находятся вблизи поверхности электролита и дна ванны, изолировать на длине 2 — 3 лглг, так как вследствие оседания на поверхности электролита пыли из воздуха и оседания наиболее тяжелых частиц пыли на дно ванны электропроводность прндонного и поверхностного слоев электролита изменяется.
Для уменьшения электрокинетнческих явлений желательно контур модели, дно и стенки ванны, соприкасающиеся с электролитом, изготовлять из диэлектриков, имеющих близкие между собою значения диэлектрических постоянных. Существуют установки ЭГДА, в которых в качестве проводящей среды используется не электролит, а твердые проводники. Таким проводником может служить станиоль, впервые примененный Н.
П. Павловским в 1918 г. Станиоль представляет собой тонкую свинцовую, оловянную или алюминиевую фольгу толщиной 0,010 — 0,015 мм. Эта фольга наклеивается на картон. Для правильной наклейки хорошо применять мучной клейстер из тонко просеянной муки, без комков. Намазывать клейстером следует картон. Для разглаживания станиоля после наклейки, чтобы не было складок и вздутий, можно применять, например, фотографический валец. Из картона с наклеенным на него станиолем вырезается область течения электрического тока. геометрически подобная области течения жидкости. При изучении методом ЭГДА обтекания потоком жидкости различных тел эта область выбирается в виде прямоугольника. По середине прямоугольника рисуется контур обтекаемого тела, и внутри этого контура станиоль удаляется, что обеспечивает непроницаемость контура обтекаемого тела для электрического тока. После этого картон с наклеенным на него станиолем важи- У 341 элвктгичаскля модвль 73 мается в двух металлических шинах, как это показано на рис.
13. Материалом для шин обычно служит электролитическая медь. К шинам подводится постоянный ток. Легко видеть, что в данном случае мы имеем аналогию А. Достоинствами станиоля как электропроводного материала для ЭГДА являются возможность применения постоянного тока и простота изготовления модели. Однако станиоль обладает и рядом недостатков. К их числу относятся наличие Рис. 13. Применение стаяноля в установке ЭГДА. термотоков и контактных э. д. с. Кроме того, удельное сопротивление станиоля по сравнению с удельным сопротивлением электролитов мало.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
