Сглаженная динамика - Slosh dynamics

"Slosh" перенаправляется сюда. Для модели штормового нагона см. Море, озеро и наземный нагон от ураганов . Для типографского символа см. Обратную косую черту .
Брызги воды в бассейне круизного лайнера при качке

В динамике жидкости , выплескивание относится к движению жидкости внутри другого объекта (который, как правило , также, подвергающееся движение).

Строго говоря, жидкость должна иметь свободную поверхность, чтобы образовать проблему динамики потока , когда динамика жидкости может взаимодействовать с контейнером, чтобы значительно изменить динамику системы. Важные примеры включают выплескивание топлива в баках и ракетах космических аппаратов (особенно на верхних ступенях) и эффект свободной поверхности (выплескивание груза) на кораблях и грузовиках, перевозящих жидкости (например, нефть и бензин). Однако стало обычным называть движение жидкости в полностью заполненном баке, то есть без свободной поверхности, «выбросом топлива».

Такое движение характеризуется « инерционными волнами » и может быть важным эффектом в динамике вращающегося космического корабля. Для описания выплескивания жидкости были получены обширные математические и эмпирические зависимости. Эти типы анализов обычно выполняются с использованием вычислительной гидродинамики и методов конечных элементов для решения проблемы взаимодействия жидкости и конструкции , особенно если твердый контейнер является гибким. Соответствующая гидродинамика безразмерных параметров включает число Бонда , то число Вебера , и число Рейнольдса .

Вода плещется в стеклянной чашке

Слезание - важный эффект для космических кораблей, кораблей и некоторых самолетов . Слэш был одним из факторов аномалии секундного испытательного полета Falcon 1 и был замешан в различных других аномалиях космического корабля, включая близкую к катастрофе со спутником сближения с астероидом, сближающимся с Землей ( NEAR Shoemaker ).

Эффекты космического корабля

Плеск жидкости в условиях микрогравитации характерен для космических аппаратов, чаще всего для спутников , находящихся на околоземной орбите , и должен учитывать поверхностное натяжение жидкости, которое может изменять форму (и, следовательно, собственные значения ) жидкой пробки. Как правило, большая часть массы спутника составляет жидкое топливо в момент начала эксплуатации (BOL) или около него, и всплеск может неблагоприятно повлиять на характеристики спутника по ряду причин. Например, выплескивание пороха может внести неопределенность в ориентацию (наведение) космического корабля, что часто называют дрожанием . Подобные явления могут вызвать колебания и привести к разрушению конструкции космического корабля.

Другой пример - проблемное взаимодействие с системой управления ориентацией (ACS) космического корабля, особенно для вращающихся спутников, которые могут испытывать резонанс между сглаживанием и нутацией или неблагоприятными изменениями инерции вращения . Из-за такого рода рисков в 1960-х годах Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) тщательно изучило выплескивание жидкости в резервуарах космических кораблей, а в 1990-х годах НАСА провело эксперимент по динамике нулевой силы тяжести на космическом корабле . Европейское космическое агентство выдвигало эти исследования с запуском Sloshsat . Большинство вращающихся космических кораблей с 1980 года были испытаны в падающей вышке Applied Dynamics Laboratories с использованием суб-масштабных моделей. Юго-западный научно-исследовательский институт также внес значительный вклад , но исследования широко распространены в академических кругах и промышленности.

Продолжаются исследования воздействия брызг на склады топлива в космосе . В октябре 2009 года ВВС и United Launch Alliance (ULA) выполнили экспериментальную демонстрацию на орбите модифицированной верхней ступени Centaur при запуске спутника DMSP-18 , чтобы улучшить «понимание оседания и выплескивания топлива », «The light Вес DMSP-18 позволял 12 000 фунтов (5 400 кг) оставшегося топлива LO 2 и LH 2 , что составляет 28% мощности «Кентавра» для испытаний на орбите. Продление полета после запуска космического корабля длилось 2,4 часа до того, как был выполнен запланированный спуск с орбиты .

НАСА Услуга Программа Launch работает на два продолжающиеся выплескивание флюидодинамики эксперименты с партнерами: CRYOTE и Spheres -Slosh. У ULA есть дополнительные мелкомасштабные демонстрации управления криогенными жидкостями, запланированные в рамках проекта CRYOTE в 2012–2014 годах, что приведет к крупномасштабным испытаниям хранилища криогенного топлива ULA в рамках программы демонстрации флагманских технологий НАСА в 2015 году. SPHERES-Slosh с Флоридским институтом Технологии и Массачусетский технологический институт изучат, как жидкости перемещаются внутри контейнеров в условиях микрогравитации, на испытательном стенде SPHERES на Международной космической станции .

Шумообразование в автоцистернах

Выплескивание жидкости сильно влияет на динамику движения и безопасность автоцистерн . Гидродинамические силы и моменты , возникающие из жидких грузов колебаний в резервуаре под рулевым управлением и / или торможения маневров уменьшают предел устойчивости и управляемости , частично заполненных автоцистерн . Устройства, препятствующие выплескиванию, такие как перегородки, широко используются для ограничения неблагоприятного воздействия выплескивания жидкости на курсовые характеристики и устойчивость автоцистерн . Поскольку большую часть времени танкеры перевозят опасные жидкие вещества, такие как аммиак, бензин и жидкое топливо, устойчивость частично заполненных жидких грузовых автомобилей очень важна. Оптимизация и методы уменьшения плескания в топливных баках, таких как эллиптический бак, прямоугольный, модифицированный овал и бак общей формы, были выполнены при различных уровнях наполнения с использованием численного, аналитического и аналогичного анализа. Большинство этих исследований сосредоточено на влиянии перегородок на колебания, в то время как влияние поперечного сечения полностью игнорируется.

В проектном автомобиле Bloodhound LSR на 1000 миль в час используется ракета на жидком топливе, для которой требуется бак окислителя со специальной перегородкой, чтобы предотвратить нестабильность направления, изменения тяги ракеты и даже повреждение бака окислителя.

Практические эффекты

Выплескивание или смещение груза , водяного балласта или другой жидкости (например, из-за утечек или тушения пожара) может вызвать катастрофическое опрокидывание судов из-за эффекта свободной поверхности ; это также может повлиять на грузовики и самолеты.

Эффект слияния используется для ограничения отскока мяча для хоккея на роликах . Плеск воды может значительно уменьшить высоту отскока мяча, но некоторое количество жидкости, кажется, приводит к резонансному эффекту. Многие из широко доступных мячей для хоккея на роликах содержат воду, чтобы уменьшить высоту отскока.

Смотрите также

Рекомендации

Прочие ссылки