| постройкой ж. д.; город - с 1966.
ВИХРЕВАЯ ДОРОЖКА, система последовательных вихрей, образующихся в жидкости при обтекании длинных цилиндрич. тел, ось к-рых перпендикулярна направлению движения. Вихри отрываются то с одной, то с др. стороны тела попеременно и располагаются в "шахматном" порядке в виде двух цепочек за телом (рис.). При этом вихри одной цепочки вращаются по часовой стрелке, а другой - против. В. д. неустойчивы и отчётливо наблюдаются лишь при малых Рейнолъдса числах Re. При этом замечается определенная зависимость между шириной h В. д. и расстоянием l между соседними вихрями каждого ряда: h/l = 0,281. Опыт показывает, что размер В. д. зависит также от размера обтекаемого тела.
На образование вихрей затрачивается энергия, поэтому тело, за к-рым возникает В. д., испытывает лобовое сопротивление. Сопротивление тела уменьшается с уменьшением ширины В. д.
ВИХРЕВАЯ ТОПКА, циклонная топка, в к-рой осуществляется спиральное движение газо-воз душного потока, несущего частицы топлива и шлака. В. т. используются в качестве предтопков камерных топок (см. Топочное устройство) на тепловых электростанциях и как технологич. печи, напр, для обжига медных руд. В В. т. частицы топлива поддерживаются во взвешенном состоянии за счёт несущей силы мощного вихря, вследствие чего в ней не выпадают даже крупные частицы ( 5-10 мм и более). В совр. В. т. сжигаются куски твёрдого топлива размером 2-100 мм, при скорости струи подаваемого воздуха 30-150 м/сек. Существуют горизонтальные (рис.) и вертикальные циклонные предтопки, причём последние применяются значительно реже. Диаметр (D) горизонтальных циклонных предтопков - 1,2-4 м, относит, длина их (L/D) не превышает 1,5-1,6. Топки этого типа широко используются за рубежом (США, ФРГ, ЧССР и др.), в СССР - значительно реже. В. т. характеризуются высоким тепловым напряжением сечения топочной камеры 42-63 Гдж1(м2-ч) или (10-15)* 106ккал*/(м2*ч), её объёма (8,5-21) Гдж(м3*ч) или (2-5)*106 ккал/(м3*ч) и степенью улав ливания шлака до 90%. В камерной топке тепловое напряжение объёма в 10-20раз меньше, а степень улавливания шлака не превышает 80%. Одна крупная В. т. позволяет обеспечить паропроизводительность котла лишь до 150-180 т пара в ч, поэтому у котлов большой мощности устанавливают до 12-14 горизонтальных циклонных предтопков.
Горизонтальньш циклонный предтопок: 1 - ввод вторичного воздуха; 2 - выход продуктов сгорания в топку; 3 - выход жидкого шлака.
С. С. Филимонов.
ВИХРЕВОЕ ДВИЖЕНИЕ, движение жидкости или газа, при к-ром их малые элементы (частицы) перемещаются не только поступательно, но и вращаются около нск-рой мгновенной оси.
Подавляющее большинство течений жидкости и газа, к-рые происходят в природе или осуществляются в технике, представляет собой В. д. Напр., движение воды в трубе всегда является В. д. как в случае ламинарного течения, так и в случае турбулентного течения. Вращение элементарных объёмов обусловлено здесь тем, что на поверхности стенки из-за прилипания жидкости скорость её равна нулю, а при удалении от стенок быстро возрастает, так что скорости соседних слоев значительно отличаются друг от друга. В результате тормозящего действия нижнего слоя и ускоряющего действия верхнего (рис. 1) возникает вращение частиц, т. е. .имеет место В. д. Примерами В. д. являются: вихри воздуха в атмосфере, к-рые часто принимают огромные размеры и образуют смерчи и циклоны; водяные вихри, к-рые образуются сзади устоев моста; воронки в воде секи и т. л.
Рис. 1. Распределение скорости v по сечению трубы; элементарные объёмы вращаются, как показано стрелками.
Количественно В. д. можно охарактеризовать вектором со угловой скорости вращения частиц, к-рый зависит от координат точки в потоке и от времени. Вектор со наз. вихрем среды в данной точке; если со = 0 в нек-рой области течения, то в этой области течение безвихревое. Вращающиеся частицы среды могут образовывать вихревые трубки (рис. 2) или отдельные слои. Вихревая трубка не может иметь внутри жидкости ни начала, ни конца; она или может быть замкнутой (вихревое кольцо), или должна иметь начало и конец на границах жидкости (напр., на поверхности обтекаемого тела; на поверхности сосуда, внутри к-рого заключена жидкость; на поверхности земли - в случае смерчей, на поверхности воды или на дне реки - в случае вихрей в текущей воде и т. п.).
Рис. 2. Вихревые трубки.
Рис. 3. Скорости, сообщаемые друг другу двумя плоскими вихрями.
Присутствие в жидкости вихрей вызывает появление в ней добавочных скоростей. При наличии в жидкости системы вихрей они влияют на движение друг друга. Так, напр., 2 вихря (рис. 3) равной по величине и противоположной по знаку интенсивности Г сообщают друг другу равные по величине и одинаково направленные скорости v, т. е. движутся поступательно; 2 вихря, имеющие одинаковые по абс. величине и знаку интенсивности, вращаются вокруг оси, проходящей через середину расстояний между ними.
Рис. 4. Взаимодействие вихревых колец.
Если 2 вихревых кольца имеют общую ось (рис. 4) и одинаковое направление вращения, то переднее кольцо вследствие скоростей, сообщаемых задним, увеличивается в диаметре и замедляется; заднее при этом уменьшается в диаметре, проходит сквозь переднее, т. е. они меняются местами, и весь процесс начинается сначала ("игра" вихревых колец). Во всякой вязкой жидкости действуют силы трения, в результате к-рых вихри меняют свою интенсивность - постепенно затухают. Т. к. вода и особенно воздух имеют малую вязкость, то в них вихри могут сохраняться довольно долгое время; налр., смерчи иногда перемещаются на большие расстояния. В среде, лишённой вязкости (идеальная жидкость), вихри не могли бы ни появляться вновь, ни затухать. В средах с малой вязкостью (вода, воздух) В. д. возникает в тех частях течения, где сила вязкости всего сильнее проявляется,- в слое вблизи поверхности обтекаемого тела, в т. н. пограничном слое, заполненном сильно завихрённой средой. Вихри пограничного слоя сбегают с поверхности обтекаемого тела и создают за этим телом след в форме тех или иных образований (вихревых слоев или вихревых дорожек). Вихри, возникающие при движении тела в среде, определяют значит, часть подъёмной силы и силы лобового сопротивления, действующих на него. Поэтому изучение В. д. имеет большое значение для расчёта и конструирования крыльев самолётов, воздушных винтов, лопаток турбин и т. д.
Лит.: Прандтль Л., Гидроаэромеханика, пер. с нем., 2 изд., М., 1951; Фабрикант Н. Я., Аэродинамика, М., 1964,
ВИХРЕВОЙ НАСОС, 1) вакуумный насос, в к-ром для создания вакуума используется разрежение, развивающееся вдоль оси вихря. 2) Гидравлич. машина, передающая энергию двигателя жидкости путём завихрения её рабочим колесом (см. Насос).
BИXPEBЫE ТОКИ, токи Фуко, замкнутые электрич. токи в массивном проводнике, к-рые возникают при изменении пронизывающего его магнитного потока. В. т. являются индукционными токами (см. Индукция электромагнитная) и образуются в проводящем теле либо вследствие изменения во времени магнитного поля, в к-ром находится тело (рис. 1), либо вследствие движения тела в магнитном поле, приводящего к изменению магнитного потока через тело или к.-л. его часть (рис. 2). Величина В. т. тем больше, чем быстрее меняется магнитный поток.
В отличие от электрич. тока в проводах, текущего по точно определённым путям, В. т. замыкаются непосредственно в проводящей массе, образуя вихреобразные контуры. Эти контуры тока взаимодействуют с породившим их магнитным потоком. Согласно Ленца правилу, магнитное поле В. т. направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующего эти В. т. В. т. приводят к неравномерному распределению магнитного потока по сечению магнитопровода. Это объясняется тем, что в центре сечения магнитопровода намагничивающая сила В. т., направленная навстречу осн. потоку, является наибольшей, т. к. эта часть сечения охватывается наибольшим числом контуров В. т. Такое "вытеснение" потока из середины сечения магнитопровода выражено тем резче, чем выше частота переменного тока и чем больше магнитная проницаемость ферромагнетика. При высоких частотах поток проходит лишь в тонком поверхностном слое сердечника. Это вызывает уменьшение кажущейся (средней по сечению) магнитной проницаемости. Явление вытеснения из ферромагнетика магнитного потока, изменяющегося с большой частотой, аналогично электрич. скин-эффекту и наз. магнитным скин-эффектом.
Рис. 1. Вихревые токи (показаны пунктиром) в сердечнике катушки, включённой в цепь переменного тока 1; указанное направление вихревых токов соответствует моменту увеличения магнитной индукции В, создаваемой в сердечнике током.
Рис. 2. Вихревые токи (пунктирные замкнутые линии) в диске электрического счётчика; сплошная стрелка указывает направление вращения диска.
В соответствии с Джоуля - Ленца законом В. т. нагревают проводники, в к-рых они возникли. Поэтому В. т. приводят к потерям энергии (потери на В. т.) в магнитопроводах (в сердечниках трансформаторов и катушек переменного тока, в магнитных цепях машин). Для уменьшения потерь энергии на В. т. (и вредного нагрева магнитопроводов) и уменьшения эффекта "вытеснения" магнитного потока из ферромагне тиков магнитопроводы машин и аппаратов переменного тока делают не из сплошного куска ферромагнетика (электротехнич. стали), а из отд. пластин, изолированных друг от друга (напр., спец. лаком). Такое деление на пластины, расположенные перпендикулярно направлению В. т., ограничивает возможные контуры путей В. т. (рис. 3), что сильно уменьшает величину этих токов. При очень высоких частотах применение ферромагнетиков для магнитопроводов нецелесообразно; в этих случаях их делают из магнитодиэлектриков, в к-рых В. т. практически не возникают из-за очень большого сопротивления этих материалов.
Рис. 3. Уменьшение контуров вихревых токов в сердечнике из изолированных друг от друга пластин (по сравнению с сердечником из сплошной массы металла); 1 - переменный ток.
Рис. 4. Возникновение электрического скин-эффекта в проводнике с переменным током. Стрелка указывает направление тока 1 в некоторый момент времени; пунктирные контуры - вихревые токи.
В. Стоткус. "Земля-мать". 1960-51. Галерея витража и скульптуры. Каунас,
К ст. Витраж. Вверху - "Вознесение". Около 1145. Фрагмент. Собор в Ле-Мане. Франция. Внизу - Л. Г. Полкщук и С. И. Щербинина. Витраж в здании Института автоматики и телемеханики и Москве. 1968. Фрагмент.
При движении проводящего тела в магнитном поле индуцированные В. т. обусловливают заметное механич. взаимодействие тела с полем. На этом принципе основано, напр., торможение подвижной системы в счётчиках электрич. энергии, в к-рых алюминиевый диск вращается в поле постоянного магнита (рис. 2). В машинах переменного тока с вращающимся полем сплошной металлич. ротор увлекается полем из-за возникающих в нём В. т. Взаимодействие В. т. с переменным магнитным полем лежит в основе различных типов насосов для перекачки расплавленного металла.
К той же группе механических эффектов, вызванных В. т., относится выталкивание неферромагнитных металлических тел из поля катушки переменного тока.
В. т. возникают и в самом проводнике, по которому течёт переменный ток, что приводит к неравномерному распределению тока по сечению проводника. В моменты увеличения тока в проводнике индукционные В. т. направлены у поверхности проводника по первичному электрич. току, а у оси проводника - навстречу току (рис. 4). В результате внутри проводника ток уменьшится, а у поверхности увеличится. Токи высокой частоты практически текут в тонком слое у поверхности проводника, внутри же проводника тока нет. Это явление наз. электрическим скин-эффектом. Чтобы уменьшить потери энергии на В. т., провода большого сечения для переменного тока делают из отд. жил, изолированных друг от друга.
В. т. применяются для плавки и поверхностной закалки металлов, а их силовое действие используется в успокоителях колебаний подвижных частей приборов и аппаратов, в индукционных тормозах (в к-рых массивный металлич. диск вращается в поле электромагнитов) и т. п.
Лит.: Нейман Л. Р., Калантаров П. Л., Теоретические основы электротехники, 5 изд., М., 1959.
ВИХРЕКАМЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, двигатель внутр. сгорания (обычно дизель), в к-ром смесеобразование происходит с интенсивным завихрением воздуха, поступающего в камеру сгорания шаровидной формы, соединённую тангенциальным каналом с цилиндром двигателя.
Преимущества В. д.: стабильное протекание теплового процесса; малая чувствительность к качеству дизельного топлива; приспособленность рабочего процесса применительно к быстроходным малолитражным дизелям. Недостаток В. д.- несколько повышенный удельный расход топлива, вызванный более высокими тепловыми и гидравлическими потерями. С. И. Акопян.
ВИХРЕКОПИРОВАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА, метод изготовления изделий со снятием материала, при к-ром на заготовке копируется объёмная форма инструмента. В. о. осуществляется при возвратно-поступат. движении инструмента или заготовки (рис. 1) по криволинейной траектории, радиус к-рой равен эксцентриситету (X) вала. Колебания совершаются в плоскости, перпендикулярной направлению сближения инструмента с заготовкой.
Рис. 1. Принципиальная кинематич. схема вихреко-пировальной обработки с круговым поступательным движением: 1 - электродвигатель; 2 - вариатор; 3 - вал; 4 - эксцентрик; 5 - планшайба; 6 - режущий инструмент; 7 - объёмная поверхность инструмента, копируемая на заготовке; 8 - заготовка; 9 - шарнирный ограничитель поворота планшайбы; 10 - механизм перемещения заготовки; d - направление движения заготовки.
Существуют механический, электрофизический и электрохимический способы В. о. При механическом способе режущая поверхность инструмента имеет насечки или покрыта абразивным материалом; обработка заготовки производится за счёт снятия стружки. При электроэрозионной обработке инструмент служит одним из электродов. Возможно также введение абразивной суспензии между изделием и инструментом или подключение инструмента в качестве катода к источнику тока при электрохимич. размерной обработке. В этом случае снятие припуска на обработку происходит за счёт выжигания (оплавления) искрой.
В. о. применяется для изготовления сложной формы изделий (рис. 2) из материалов, легко обрабатываемых резанием (графита, дерева, камня), для абразивной доводки металлич. деталей, для корректирования размеров изделий, получаемых литьём, штамповкой и т. п.; при электрофизич. и электрохимич. обработке улучшается качество поверхности.
В. о. осуществляют на спец. станках или на электроэрозионных, электроим пульсных, вертикально-фрезерных станках, на к-рых устанавливают приставки для получения кругового постулат, движения.
Рис. 2. Режущий инструмент для механич. вихрекопировальной обработки (а); электрод из графитизированного материала, изготовленный этим инструментом (б); штамп, изготовленный электрофизич. способом с помощью электрода (в).
В. о. предложена в I960 сотр |
