Teorie soniky - Theory of sonics

Tento článek obsahuje seznam obecných Reference, ale zůstává z velké části neověřený, protože postrádá dostatečné odpovídající vložené citace. Prosím pomozte zlepšit tento článek představuji přesnější citace. (Březen 2010) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

Teorie soniky je pobočkou mechanika kontinua který popisuje přenos mechanického energie přes vibrace. Zrození teorie soniky^[1] je vydání knihy Pojednání o přenosu energie vibracemi v roce 1918 rumunština vědec Gogu Constantinescu.

Jedním ze základních problémů strojírenství je přenos energie nacházející se v přírodě po vhodné transformaci do určitého okamžiku, kdy je možné ji zpřístupnit pro provádění užitečné práce. Metody přenosu energie známé a praktikované inženýry jsou široce zahrnuty do dvou tříd: mechanické včetně hydraulických, pneumatických a lanových metod; a elektrické metody .... Podle nového systému se energie přenáší z jednoho bodu do druhého, který může být ve značné vzdálenosti, pomocí působících variací tlaku nebo napětí produkujících podélné vibrace v pevných, kapalných nebo plynných kolonách. Energie se přenáší periodickými změnami tlaku a objemu v podélném směru a lze ji popsat jako vlnový přenos energie, nebo mechanický přenos vln. - Gogu Constantinescu^[2][3]

Později byla teorie rozšířena na elektro-zvukové, hydro-zvukové, sonostereo-zvukové a termosonické. Teorie byla první kapitolou stlačitelný průtok aplikací a poprvé uvedl matematickou teorii stlačitelné tekutiny a byl považován za obor mechanika kontinua. Zákony objevené Constantinescem, používané v sonicitě, jsou stejné jako zákony používané v elektřině.

Knižní kapitoly

Kniha Pojednání o přenosu energie vibracemi má následující kapitoly:

1. Úvodní
2. Základní fyzikální principy
3. Definice
4. Účinky kapacita, setrvačnost, tření a únik střídavého proudu
5. Vlny v dlouhých trubkách
6. Střídání v dlouhých trubkách umožňující tření
7. Teorie posunů - motory
8. Teorie rezonátory
9. Vysokofrekvenční proudy
10. Nabité linky
11. Transformátory

George Constantinescu definoval svou práci následovně.

Teorie soniky: aplikace

Eskadra číslo 55 DH4, první letadlo, které vstoupilo do aktivní služby, vybaveno C.C. Gear, dorazil do Francie dne 6. března 1917.

• Synchronizační převodovka Constantinesco, používané na vojenských letadlech, aby jim umožnily zaměřit se na protivníky bez poškození jejich vlastních vrtulí.
• Automatická převodovka
• Sonic vrtání, byla jednou z prvních aplikací vyvinutých společností Constantinescu. Sonická vrtací hlava funguje tak, že vysílá vysokofrekvenční rezonanční vibrace dolů po vrtacím řetězci k vrtáku, zatímco operátor řídí tyto frekvence tak, aby vyhovovaly konkrétním podmínkám geologie půdy / hornin.
• Převodník točivého momentu.^[4] Mechanická aplikace zvukové teorie na přenos energie vibracemi. Síla se přenáší z motoru na výstupní hřídel prostřednictvím systému oscilačních pák a setrvačností.
• Sonic Engine

Základní fyzikální principy

Li proti je rychlost, kterou vlny procházejí potrubím, a n počet otáček kliky A, pak vlnová délka λ je:

${ displaystyle lambda = { frac {v} {n}} ,}$
Za předpokladu, že je trubka konečná a v místě uzavřená r nachází se ve vzdálenosti, která je mnohonásobná λ, a vzhledem k tomu, že píst je menší než vlnová délka, při r komprese vln se zastaví a odráží, odražená vlna cestuje zpět podél potrubí.

Fyzika

Základní fyzikální principy	Popis
Obrázek I Předpokládejme kliku A aby se otáčely rovnoměrně, což způsobilo píst b oplácet v potrubí C, který je plný kapaliny. Při každém zdvihu pístu se vytvoří zóna vysokého tlaku a tyto zóny, znázorněné stínováním, se pohybují po trubce od pístu; mezi každou dvojicí zón vysokého tlaku je zóna nízkého tlaku zobrazená na obrázku. Tlak v kterémkoli bodě potrubí projde řadou hodnot od maxima po minimum.
Obrázek II Za předpokladu, že je trubka konečná a v místě uzavřená r nachází se ve vzdálenosti, která je násobkem λ, a vzhledem k tomu, že píst je menší než vlnová délka, při r komprese vln se zastaví a odráží, odražená vlna cestuje zpět podél potrubí. Pokud klika pokračuje v otáčení rovnoměrnou rychlostí, začne z pístu zóna maximálního tlaku ve stejnou dobu, kdy se odražená vlna vrací do pístu. Ve výsledku se maximální tlak zdvojnásobí. Při příštím otočení se amplituda zvýší atd., Dokud trubka nepraskne.
Obrázek III Pokud místo uzavřeného konce máme píst r; vlna bude u pístu podobná b a píst m, píst m proto bude mít stejnou energii jako píst b; pokud je vzdálenost mezi b a m není násobkem λ, pohyb m se bude lišit fází ve srovnání s pístem b.
Obrázek IV Pokud je pístem vyrobeno více energie b než je odebrán pístem m, energie se odráží pístem m v potrubí a energie se bude hromadit, dokud potrubí nepraskne. Pokud máme plavidlo d, s velkým objemem ve srovnání s objemem zdvihu pístu b, kapacita d bude působit jako pružina uchovávající energii přímých nebo odražených vln pod vysokým tlakem a vracet energii při poklesu tlaku. Střední tlak v d a v potrubí bude stejné, ale potrubí bude mít stacionární vlnu v důsledku odražených vln bez zvýšení energie a tlak v potrubí nikdy nepřekročí mez tlaku.
Obrázek V Vlny jsou přenášeny vratným pístem podél potrubí eeee. Potrubí je uzavřeno v str, vzdálenost jedné úplné vlnové délky. Existují větve b, C, a d na vzdálenosti jedné poloviny, tří čtvrtin a jedné plné vlnové délky. Li str je otevřený a d je otevřený, motor l se bude otáčet synchronně s motorem A. Jsou-li všechny ventily uzavřeny, bude stacionární vlna s extrémními hodnotami na λ a λ / 2, (body b a d,) kde bude průtok nulový a kde bude tlak střídat maximální a minimální hodnoty určené objemem nádrže F. Maximální a minimální body se nepohybují po potrubí a z generátoru neproudí žádná energie A. Pokud je ventil b je otevřený, motor m je schopen brát energii z vedení, stacionární půlvlny mezi A a b být nahrazen cestující vlnou; mezi b a str stacionární vlna přetrvává. Pokud je otevřen pouze ventil c, protože v tomto okamžiku je změna tlaku vždy nulová, motor nemůže odebírat žádnou energii na stacionární vlna přetrvává. Pokud je motor připojen v mezilehlém bodě, bude část energie odebírána motorem, zatímco stacionární vlna bude přetrvávat při snížené amplitudě. Pokud je motor l není schopen spotřebovat veškerou energii generátoru A, pak bude existovat kombinace cestujících vln a stacionárních vln. Proto v potrubí nebude žádný bod, kde bude kolísání tlaku nulové, a v důsledku toho bude motor připojený v kterémkoli bodě potrubí schopen použít část generované energie.

Definice

Střídavé proudy kapaliny

S ohledem na jakýkoli průtok nebo potrubí, pokud:

ω = oblast plochy trubka měřeno v centimetrech čtverečních;

proti = rychlost tekutiny v kterémkoli okamžiku v centimetrech za sekundu;

a

i = průtok kapaliny v kubických centimetrech za sekundu,

pak máme:

i = protiω

Za předpokladu, že proud tekutiny je vytvářen pístem, který má jednoduchý harmonický pohyb, v a pístový válec s částí Ω centimetrů čtverečních. Pokud máme:

r = ekvivalent hnací kliky v centimetrech

A = úhlová rychlost kliky nebo pulzace v radiánech za sekundu.

n = počet otáček kliky za sekundu.

Pak:

Průtok z válce do potrubí je: i = Já hřích(na+φ)

Kde:

Já = raΩ (maximální střídavý tok v centimetrech čtverečních za sekundu; amplituda toku.)

t = čas v sekundách

φ = úhel fáze

Pokud T = doba úplného střídání (jedna otáčka kliky), pak:

A = 2πn; kde n = 1 / T.

Efektivní proud lze definovat podle rovnice:

${ displaystyle I_ {eff} ^ {2} = { frac {1} {T}} int limity _ {0} ^ {T} i ^ {2} , dt}$ a efektivní rychlost je: ${ displaystyle v_ {eff} = { frac {I_ {eff}} { omega}}}$

Objem zdvihu δ bude dáno vztahem:

${ displaystyle delta = 2r Omega = 2 { frac {I} {a}}}$

Střídavé tlaky

Střídavé tlaky jsou velmi podobné střídavým proudům v elektřině. V potrubí, kde proudy proudí, budeme mít:

${ displaystyle p = H sin {(při + Phi)} + p_ {m}}$; kde H je maximální střídavý tlak měřený v kilogramech na čtvereční centimetr. ${ displaystyle Phi =}$ úhel fáze; ${ displaystyle p_ {m}}$ představující střední tlak v potrubí.

Vzhledem k výše uvedeným vzorcům:

minimální tlak je ${ displaystyle P_ {min} = P_ {m} -H}$ a maximální tlak je ${ displaystyle P_ {max} = P_ {m} + H}$

Pokud p₁ je tlak v libovolném bodě a p₂ tlak v jiném libovolném bodě:

Rozdíl ${ displaystyle h = p_ {1} -p_ {2} = H sin {(při + Phi)}}$ je definován jako okamžitý hydromotivní síla mezi bodem p₁ a str₂, H představuje amplitudu.

Efektivní hydromotorická síla bude: ${ displaystyle H_ {eff} = { frac {H} { sqrt {2}}}}$

Tření

Při střídavém proudu protékajícím potrubím dochází ke tření na povrchu potrubí a také v samotné kapalině. Proto lze vztah mezi hydromotorickou silou a proudem zapsat jako:

${ displaystyle H = Ri}$; kde R = koeficient tření v ${ displaystyle { frac {kg.sec.} {cm. ^ {5}}}}$

Pomocí experimentů lze R vypočítat ze vzorce:

${ displaystyle R = epsilon { frac { gamma lv_ {eff}} {2g omega d}}}$;

Kde:

• ${ displaystyle gamma}$ je hustota kapaliny v kg na cm.³
• l je délka potrubí v cm.
• g je gravitační zrychlení v cm. za sekundu²
• ${ displaystyle omega}$ je část potrubí v centimetrech čtverečních.
• proti_eff je efektivní rychlost
• d je vnitřní průměr trubky v centimetrech.
• ${ displaystyle epsilon = 0,02 + { frac {0,18} { sqrt {v_ {eff} d}}}}$ pro vodu (přibližně z experimentálních údajů).
• h je okamžitá hydromotorická síla

Pokud zavedeme ${ displaystyle epsilon}$ ve vzorci dostaneme:

${ displaystyle R = { frac { gamma l} {g omega}} { big (} 0,01 { frac {v} {d}} + { frac {0,09} {d}} { sqrt { frac {v_ {eff}} {d}}} { big)}}$ což odpovídá:

${ displaystyle 100k = { frac {v_ {eff}} {d}} + { frac {9} {d}} { sqrt { frac {v_ {eff}} {d}}} = { frac {v_ {eff}} {d}} { big (} 1 + { frac {9} {v_ {eff}}} { sqrt { frac {v_ {eff}} {d}}} { big )}}$; zavedení k do vzorce vede k ${ displaystyle R = k { frac { gama l} {g omega}}}$

U trubek s větším průměrem lze dosáhnout vyšší rychlosti při stejné hodnotě k. Ztráta výkonu v důsledku tření se vypočítá z:

${ displaystyle W = { frac {1} {T}} int _ {0} ^ {T} ahoj , dt}$, uvedení h = Ri má za následek:

${ displaystyle W = { frac {1} {T}} int _ {0} ^ {T} Ri ^ {2} , dt = { frac {R} {T}} int _ {0} ^ {T} i ^ {2} , dt = { frac {RI ^ {2}} {2}}}$

Proto: ${ displaystyle W = { frac {RI ^ {2}} {2}} = { frac {HI} {2}} = H_ {eff} krát I_ {eff}}$

Kapacita a kondenzátory

Definice: Hydraulické kondenzátory jsou zařízení pro provádění změn hodnot proudů kapaliny, tlaků nebo fází střídavých proudů kapaliny. Zařízení obvykle sestává z mobilního pevného tělesa, které rozděluje sloupec kapaliny, a je elasticky upevněno ve střední poloze tak, aby sledovalo pohyby sloupce kapaliny.

Hlavní funkcí hydraulických kondenzátorů je působit proti účinkům setrvačnosti působením pohybujících se hmot.

Výkres hydraulického kondenzátoru

Teorie

Příklad hydraulického kondenzátoru Hookeův zákon na jaro ${ displaystyle F = m { frac { mathrm {d} ^ {2} x} { mathrm {d} t ^ {2}}} = - kx}$; v tomto případě x = f = pohyb pístu. Jednoduché harmonické Hlavní funkcí hydraulických kondenzátorů je působit proti setrvačným účinkům pohybujících se hmot. Kapacita C kondenzátoru sestávajícího z pístu sekce ω, na který působí tlak kapaliny, udržovaný ve střední poloze pomocí pružin, je dán rovnicí: ΔV = ωΔF = CΔstr kde: ΔV = změna objemu pro danou kapalinu; ΔF = změna podélné polohy pístu, a Δstr = kolísání tlaku v kapalině. Pokud je píst v kterémkoli daném okamžiku přidržován pružinou: F = AF kde A = konstanta v závislosti na pružině a F = síla působící na pružinu. V kondenzátoru budeme mít: ΔF = ωΔstr a ΔF = AωΔstr Vzhledem k výše uvedeným rovnicím: C = Aω2 a ${ displaystyle F = { frac {f} {A}} = { frac {f omega} {C}}}$ Pro pružinový drát kruhového průřezu: ${ displaystyle B = Ff}$ Kde B je objem jaro v kubických centimetrech a σ je přípustné stres kovu v kilogramech na centimetr čtvereční. G je koeficient příčné pružnosti kovu. Proto: B = mFf m je konstanta v závislosti na σ a G. Jestliže d je průměr pružinového drátu a D střední průměr pružiny. Pak: ${ displaystyle F = 0,4 { frac {d ^ {3}} {D}} sigma}$ aby: ${ displaystyle d = { sqrt [{3}] { frac {FD} {0,4 sigma}}}}$ pokud vezmeme v úvahu ::${ displaystyle n = { sqrt [{3}] { frac {1} {0,4 sigma}}}}$ pak: ${ displaystyle d = n { sqrt [{3}] {FD}}}$ Výše uvedené rovnice se používají k výpočtu pružin potřebných pro kondenzátor s danou kapacitou potřebnou pro práci při daném maximálním napětí.

Poznámky

Reference

• https://archive.org/stream/theoryofwavetran00consrich#page/n3/mode/2up
• http://www.rexresearch.com/constran/1constran.htm
• Constantinesco, G. Theory of Sonics: A Treatise on Transmission of Power by Vibrations. Admirality, Londýn, 1918.
• Constantinesco, G., Sonics. Trans. Soc. of Engineers, London, June 1959
• Clark, R.Edison, Muž, který udělal budoucnost. Macdonald and Jane's, London, 1977.
• McNeil, I., George Constantinesco, 1881–1965 a vývoj zvukového přenosu energie. Výňatek ze svazku 54, překlad. společnosti Newcomen Society, Londýn, 1982–83.
• Constantinesco, G., Sto let vývoje ve strojírenství. Trans. Soc. inženýrů, Londýn, září 1954.
• http://www.gs-harper.com/Mining_Research/Power/Sonics005.asp
• Constantinesco, G. Přenos síly současnost, budoucnost. Článek před Institucí inženýrů a stavitelů lodí na severovýchodním pobřeží v Newcastlu nad Tynem dne 4. prosince 1925. Přetištěno usnesením Rady. North East Coast Institution of Engineers and Shipbuilders, Newcastle upon Tyne, 1926.
• https://web.archive.org/web/20090603102058/http://www.rri.ro/arh-art.shtml?lang=1&sec=9&art=3596
• http://www.utcluj.ro/download/doctorat/Rezumat_Carmen_Bal.pdf
• http://www.rexresearch.com/constran/1constran.htm
• http://imtuoradea.ro/auo.fmte/files-2008/MECANICA_files/MARCU%20FLORIN%201.pdf
• http://dynamicsflorio.webs.com/arotmm.htm