Большая энциклопедия онлайн
Моделирование физическое, вид моделирования, который

Моделирование физическое

Модели'рование физи'ческое, вид моделирования, который состоит в замене изучения некоторого объекта или явления экспериментальным исследованием его модели , имеющей ту же физическую природу.

  В науке любой эксперимент, производимый для выявления тех или иных закономерностей изучаемого явления или для проверки правильности и границ применимости найденных теоретическим путём результатов, по существу представляет собою моделирование, т. к. объектом эксперимента является конкретная модель, обладающая необходимыми физическими свойствами, а в ходе эксперимента должны выполняться основные требования, предъявляемые к М. ф. В технике М. ф. используется при проектировании и сооружении различных объектов для определения на соответствующих моделях тех или иных свойств (характеристик) как объекта в целом, так и отдельных его частей. К М. ф. прибегают не только по экономическим соображениям, но и потому, что натурные испытания очень трудно или вообще невозможно осуществить, когда слишком велики (малы) размеры натурного объекта или значения других его характеристик (давления, температуры, скорости протекания процесса и т. п.).

  В основе М. ф. лежат подобия теория и размерностей анализ . Необходимыми условиями М. ф. являются геометрическое подобие (подобие формы) и физическое подобие модели и натуры: в сходственные моменты времени и в сходственных точках пространства значения переменных величин, характеризующих явления для натуры, должны быть пропорциональны значениям тех же величин для модели. Наличие такой пропорциональности позволяет производить пересчёт экспериментальных результатов, получаемых для модели, на натуру путём умножения каждой из определяемых величин на постоянный для всех величин данной размерности множитель — коэффициент подобия.

  Поскольку физические величины связаны определёнными соотношениями, вытекающими из законов и уравнений физики, то, выбрав некоторые из них за основные, можно коэффициенты подобия для всех других производных величин выразить через коэффициенты подобия величин, принятых за основные. Например, в механике основными величинами считают обычно длину l , время t и массу m . Тогда, поскольку скорость v = l/t , коэффициент подобия скоростей k v = v н /v м (индекс «н» у величин для натуры, «м» — для модели), можно выразить через коэффициенты подобия длин k l = l н /l м и времён k t = t н /t м в виде k v = k l /k t . Аналогично, т. к. на основании второго закона Ньютона сила F связана с ускорением w соотношением F = mw , то k F = k m ?k w (где, в свою очередь, k w = k v /k t ) и т. д. Из наличия таких связей вытекает, что для данного физического явления некоторые безразмерные комбинации величин, характеризующих это явление, должны иметь для модели и натуры одно и то же значение. Эти безразмерные комбинации физических величин называются критериями подобия. Равенство всех критериев подобия для модели и натуры является необходимым условием М. ф. Однако добиться этого равенства можно не всегда, т. к. не всегда удаётся одновременно удовлетворить всем критериям подобия.

  Чаще всего к М. ф. прибегают при исследовании различных механических (включая гидроаэромеханику и механику деформируемого твёрдого тела), тепловых и электродинамических явлений. При этом число и вид критериев подобия для каждого моделируемого явления зависит от его природы и особенностей. Так, например, для задач динамики точки (или системы материальных точек), где все уравнения вытекают из второго закона Ньютона, критерием подобия является число Ньютона Ne = Ft 2 /ml и условие М. состоит в том, что

Большая Советская 
Энциклопедия (МО)

  Для колебаний груза под действием силы упругости F = cl равенство (1) приводит к условию t 2 н с н /m н = t 2 м с м /m м , что, например, позволяет по периоду колебаний модели определить период колебаний натуры; при этом явление не зависит от линейного масштаба (от амплитуды колебаний). Для движения в поле тяготения, где F = km/l 2 , условием подобия является k н t 2 н /l 3 н = k м t 2 м /l 3 м (явление не зависит от масс). При движении в одном и том же поле тяготения, например Солнца, k м = k н , и полученное соотношение даёт третий закон Кеплера для периода обращения. Отсюда, считая одну из планет «моделью», можно, например, найти период обращения, любой другой планеты, зная её расстояние от Солнца.

  Для непрерывной среды при изучении её движения число критериев подобия возрастает, что часто значительно усложняет проблему М. ф. В гидроаэромеханике основными критериями подобия являются Рейнольдса число Re , Маха число М , Фруда число Fr , Эйлера число Еu , а для нестационарных (зависящих от времени) течений ещё и Струхаля число St . При М. ф. явлений, связанных с переносом тепла в движущихся жидкостях и газах или с физико-химическими превращениями компонентов газовых потоков и др., необходимо учитывать ещё ряд дополнительных критериев подобия.

  Создаваемые для гидроаэродинамического моделирования экспериментальные установки и сами модели должны обеспечивать равенство соответствующих критериев подобия у модели и натуры. Обычно это удаётся сделать в случаях, когда для течения в силу его особенностей сохраняется лишь один критерий подобия. Так, при М. ф. стационарного течения несжимаемой вязкой жидкости (газа) определяющим будет параметр Re и необходимо выполнить одно условие

Большая Советская 
Энциклопедия (МО)

где r — плотность, m — динамический коэффициент вязкости среды. При уменьшенной модели (l м < l н ) это можно сделать, или увеличивая скорость (v м > v н ), или используя для моделирования другую жидкость, у которой, например, rм > rн , а mм ? mн . При аэродинамических исследованиях увеличивать vм в этом случае нельзя (нарушится условие несжимаемости), но можно увеличить rм , используя аэродинамические трубы закрытого типа, в которых циркулирует сжатый воздух.

  Когда при М. ф. необходимо обеспечить равенство нескольких критериев, возникают значительные трудности, часто непреодолимые, если только не делать модель тождественной натуре, что фактически означает переход от М. ф. к натурным испытаниям. Поэтому на практике нередко прибегают к приближённому моделированию, при котором часть процессов, играющих второстепенную роль, или совсем не моделируется, или моделируется приближённо. Такое М. ф. не позволяет найти прямым пересчётом значения тех характеристик, которые не отвечают условиям подобия, и их определение требует соответствующих дополнительных исследований. Например, при М. ф. установившихся течений вязких сжимаемых газов необходимо обеспечить равенство критериев Re и М и безразмерного числа c = cp /cv (cp и cv — удельные теплоёмкости газа при постоянном давлении и постоянном объёме соответственно), что в общем случае сделать невозможно. Поэтому, как правило, обеспечивают для модели и натуры лишь равенство числа М , а влияние на определяемые параметры различий в числах Re и c исследуют отдельно или теоретически, или с помощью других экспериментов, меняя в них в достаточно широких пределах значения Re и c.

  Для твёрдых деформируемых тел особенности М. ф. тоже зависят от свойств этих тел и характера рассматриваемых задач. Так, при моделировании равновесия однородных упругих систем (конструкций), механические свойства которых определяются модулем упругости (модулем Юнга) Е и безразмерным Пуассона коэффициентом n, должны выполняться 3 условия подобия:

Большая Советская 
Энциклопедия (МО)

где g — ускорение силы тяжести (g = rg — удельный вес материала). В естественных условиях g м = g н = g , и получить полное подобие при l м &sup1; lн можно, лишь подобрав для модели специальный материал, у которого rм , Е м и n м будут удовлетворять первым двум из условий (3), что практически обычно неосуществимо.

  В большинстве случаев модель изготовляется из того же материала, что и натура. Тогда rм = rн , Е м = Е н и второе условие даёт g м l м = g н l н . Когда весовые нагрузки существенны, для выполнения этого условия прибегают к т. н. центробежному моделированию, т. е. помещают модель в центробежную машину, где искусственно создаётся приближённо однородное силовое поле, позволяющее получить g м > g н и сделать l м < l н . Если же основными являются другие нагрузки, а весом конструкции и, следовательно, учётом её удельного веса g = rg можно пренебречь, то приближённое М. ф. осуществляют при g м = g н = g , удовлетворяя лишь последнему из соотношений (3), которое даёт F м /l 2 м = F н /l 2 н , следовательно, нагрузки на модель должны быть пропорциональны квадрату её линейных размеров. Тогда модель будет подобна натуре и если, например, модель разрушается при нагрузке F кр , то натура разрушается при нагрузке F кр l н /l м . Неучёт в этом случае весовых нагрузок даёт следующее. Поскольку эти нагрузки имеют значения gl 3 , а последнее из условий (3) требует пропорциональности нагрузок Р , то при l м < l н весовая нагрузка на модель будет меньше требуемой этим условием, т. е. М. ф. не будет полным и модель, как недогруженная, будет прочнее натуры. Это обстоятельство тоже можно учесть или теоретическим расчётом или дополнительными экспериментами.

  Одним из видов М. ф., применяемым к твёрдым деформируемым телам, является поляризационно-оптический метод исследования напряжений, основанный на свойстве ряда изотропных прозрачных материалов становиться под действием нагрузок (т. е. при деформации) анизотропными, что позволяет исследовать распределение напряжений в различных деталях с помощью их моделей из прозрачных материалов.

  При М. ф. явлений в других непрерывных средах соответственно изменяются вид и число критериев подобия. Так, для пластичных и вязкопластичных сред в число этих критериев наряду с параметрами Фруда, Струхаля и модифицированным параметром Рейнольдса входят параметры Лагранжа, Стокса, Сен-Венана и т. д.

  При изучении процессов теплообмена тоже широко используют М. ф. Для случая переноса тепла конвекцией определяющими критериями подобия являются Нуссельта число Nu = al / l,Прандтля число Pr = n /a , Грасхофа число Gr = bgl 3 DT /n 2 , а также число Рейнольдса Re , где a — коэффициент теплоотдачи, а коэффициент температуропроводности, # — коэффициент теплопроводности среды (жидкости, газа), n — кинематический коэффициент вязкости, b — коэффициент объёмного расширения, DТ — разность температур поверхности тела и среды. Обычно целью М. ф. является определение коэффициента теплоотдачи, входящего в критерий Nu , для чего опытами на моделях устанавливают зависимость Nu от других критериев. При этом в случае вынужденной конвекции (например, теплообмен при движении жидкости в трубе) становится несущественным критерий Gr , а в случае свободной конвекции (теплообмен между телом и покоящейся средой) — критерий Re . Однако к значительным упрощениям процесса М. ф. это не приводит, особенно из-за критерия Pr , являющегося физической константой среды, что при выполнении условия Pr м = Pr н практически исключает возможность использовать на модели среду, отличную от натурной. Дополнительные трудности вносит и то, что физические характеристики среды зависят от её температуры. Поэтому в большинстве практически важных случаев выполнить все условия подобия не удаётся; приходится прибегать к приближённому моделированию. При этом отказываются от условия равенства критериев, мало влияющих на процесс, а др. условиям (например, подобие физических свойств сред, участвующих в теплообмене) удовлетворяют лишь в среднем. На практике часто используют также т. н. метод локального теплового моделирования, идея которого заключается в том, что условия подобия процессов для модели и натуры выполняются только в той области модели, где исследуется процесс теплообмена. Например, при исследовании теплоотдачи в системе однотипных тел (шаров, труб) в теплообмене на модели может участвовать лишь одно тело, на котором выполняют измерения, а остальные служат для обеспечения геометрического подобия модели и натуры.

  В случаях переноса тепла теплопроводностью (кондукцией) критериями подобия являются Фурье число Fo = at 0 /l 2 и число Био Bi = al /l, где t 0 — характерный промежуток времени (например, период). Для апериодических процессов (нагревание, охлаждение) t 0 обычно отсутствует и параметр Fo выпадает, а отношение at/l 2 определяет безразмерное время. При М. ф. таких процессов теплообмена удаётся в широких пределах изменять не только размеры модели, но и темп протекания процесса.

  Однако чаще для исследования процессов переноса тепла теплопроводностью применяют моделирование аналоговое .

  Электродинамическое моделирование применяется для исследования электромагнитных и электромеханических процессов в электрических системах. Электродинамическая модель представляет собой копию (в определённом масштабе) натурной электрической системы с сохранением физической природы основных её элементов. Такими элементами модели являются синхронные генераторы, трансформаторы, линии передач, первичные двигатели (турбины) и нагрузка (потребители электрической энергии), но число их обычно значительно меньше, чем у натурной системы. Поэтому и здесь моделирование является приближённым, причём на модели по возможности полно представляется лишь исследуемая часть системы.

  Особый вид М. ф. основан на использовании специальных устройств, сочетающих физические модели с натурными приборами. К ним относятся стенды испытательные для испытания машин, наладки приборов и т. п., тренажеры для тренировки персонала, обучаемого управлению сложными системами или объектами, имитаторы, используемые для исследования различных процессов в условиях, отличных от обычных земных, например при глубоком вакууме или очень высоких давлениях, при перегрузках и т. п. (см. Барокамера , Космического полёта имитация ).

  М. ф. находит многочисленные приложения как при научных исследованиях, так и при решении большого числа практических задач в различных областях техники. Им широко пользуются в строительном деле (определение усталостных напряжений, эксплуатационных разрушений, частот и форм свободных колебаний, виброзащита и сейсмостойкость различных конструкций и др.); в гидравлике и в гидротехнике (определение конструктивных и эксплуатационных характеристик различных гидротехнических сооружений, условий фильтрации в грунтах, моделирование течений рек, волн, приливов и отливов и др.); в авиации, ракетной и космической технике (определение характеристик летательных аппаратов и их двигателей, силового и теплового воздействия среды и др.); в судостроении (определение гидродинамических характеристик корпуса, рулей и судоходных двигателей, ходовых качеств, условий спуска и др.); в приборостроении; в различных областях машиностроения, включая энергомашиностроение и наземный транспорт; в нефте- и газодобыче, в теплотехнике при конструировании и эксплуатации различных тепловых аппаратов; в электротехнике при исследованиях всевозможных электрических систем и т. п.

  Лит.: Седов Л. И., Методы подобия и размерности в механике, М., 1972; Гухман А. А., Введение в теорию подобия, М., 1963; Эйгенсон Л. С., Моделирование, М., 1952; Кирпичев М. В., Михеев М. А., Моделирование тепловых устройств, М. — Л., 1936; Шнейдер П. Дж., Инженерные проблемы теплопроводности, пер. с англ., М., 1960; Веников В. А., Иванов-Смоленский А. В., Физическое моделирование электрических систем, М. — Л., 1956.

  С. М. Тарг, С. Л. Вишневецкий, В. А. Арутюнов.

источник: Большая Советская Энциклопедия

Искать информацию по запросу: Моделирование на eBay аукцион * на аукционе EnterCenter * в магазине Озоне
Search All Ebay* AU* AT* BE* CA* FR* DE* IN* IE* IT* MY* NL* PL* SG* ES* CH* UK*
1611 King James Bible - 400th Anniversary $30 Off!!

$300.00
End Date: Saturday Sep-29-2018 18:33:48 PDT
Buy It Now for only: $300.00
|
HENRY MILLER - SIGNED - TROPIC OF CAPRICORN - First Printing 1961

$850.00
End Date: Friday Oct-19-2018 20:23:39 PDT
Buy It Now for only: $850.00
|
Easton Press Charles Dickens - The Works of Charles Dickens (15 Vol - RARE!)

$104.99
End Date: Saturday Sep-22-2018 13:34:37 PDT
Buy It Now for only: $104.99
|
1611 King James Bible, 1st Edition

$250.00
End Date: Friday Oct-19-2018 14:24:23 PDT
Buy It Now for only: $250.00
|
Search All Amazon* UK* DE* FR* JP* CA* CN* IT* ES* IN* BR* MX
Search Results from «Озон» Энциклопедии
 
100 великих театров мира
100 великих театров мира
В новой книге популярной серии `100 великих` через призму истории выдающихся театров показана история мирового театра. В книге представлены такие известные театры, как `Гранд-опера`, `Ковент-гарден`, Театр Федора Волкова, Большой театр, `Ла Скала`, МХАТ, `Современник` и многие другие, составляющие гордость зарубежных стран и России....

Цена:
439 руб

Лермонтовская энциклопедия
Лермонтовская энциклопедия
Издание 1981 года. Сохранность хорошая.
"Лермонтовская энциклопедия" знакомит читателя со всеми сторонами творческого наследия Лермонтова и его биографии; он найдет в ней статьи, посвященные каждому произведению поэта, вопросам поэтики, лермонтовскому окружению, памятным местам. Книга отражает также связи Лермонтова с русской и мировой литературой, рассказывает о преломлении лермонтовских тем и образов в живописи и музыке, театре, кино. Издание иллюстрируется рисунками самого поэта и русских художников на лермонтовские сюжеты....

Цена:
2759 руб

Африка. Энциклопедический справочник (комплект из 2 книг)
Африка. Энциклопедический справочник (комплект из 2 книг)
Энциклопедический справочник "Африка", выпускаемый издательством в 2-х томах, отражает важные социально-экономические и политические перемены, происходящие на Африканском континенте. В справочнике освещаются самые различные стороны экономического развития, географии, истории, идеологии и культуры африканских стран и народов. Справочник состоит из Общего обзора, алфавитной словарной части, приложений и указателей. В 2-х томах помещено около 2000 иллюстраций, по большей части цветных, свыше 200 цветных и черно-белых карт и схем, цветные изображения гербов и флагов.

Справочник представляет интерес для широких кругов читателей - специалистов, преподавателей, студентов и др....

Цена:
839 руб

Малая энциклопедия событий. Книга дней
Малая энциклопедия событий. Книга дней
Издание 1999 года. Сохранность отличная.
"Книга дней" продолжает серию "Уходящее тысячелетие" - широкую панораму самых разнообразных событий человеческой истории.
Их пестрый калейдоскоп отражает саму жизнь с ее закономерностями и непредсказуемостью.
Книга представляет интерес для каждого из нас, будь то журналист или домохозяйка, политик или поклонник рок музыки....

Цена:
100 руб

Советский энциклопедический словарь
Советский энциклопедический словарь
Настоящий выпуск Советского Энциклопедического Словаря представляет собой 4-е издание. Начиная с первого (1979 г.) издания СЭС был задуман как универсальный энциклопедический однотомник, вмещающий около 80 тысяч статей, расположенных в алфавитном порядке и содержащих сжатую информацию по всем отраслям знаний.
СЭС стал источником повседневных справок по всем вопросам, возникающим при чтении газет, журналов, книг, учебной литературы, слушании радиопередач, просмотре телепрограмм и т.п....

Цена:
629 руб

Советский энциклопедический словарь
Советский энциклопедический словарь
СЭС содержит сведения из всех областей общественно-политической жизни, экономики, науки, техники, литературы и искусства. В нём помещены географические, исторические и экономические справки о Советском Союзе, о странах мира, о союзных и автономных республиках, краях, областях, городах СССР, а также о крупных зарубежных городах.
Опубликованы биографии государственных, политических и военных деятелей, учёных, писателей, художников, артистов, композиторов всех времён и народов, дважды Героев Советского Союза, дважды Героев Социалистического Труда, видных партийных, советских, хозяйственных руководителей, рабочих и колхозников - новаторов социалистического производства.
Не являясь иллюстрированным изданием, Словарь тем не менее содержит около 550 иллюстраций и схем, поясняющих текст статей, и около 350 карт.
Настоящий Словарь подготовлен коллективом сотрудников издательства "Советская Энциклопедия" с привлечением широкого круга учёных, специалистов....

Цена:
444 руб

Советский энциклопедический словарь
Советский энциклопедический словарь
Настоящий выпуск Советского Энциклопедического Словаря представляет собой 3-е издание. Начиная с первого (1979 г.) издания СЭС был задуман как универсальный энциклопедический однотомник, вмещающий около 80 тысяч статей, расположенных в алфавитном порядке и содержащих сжатую информацию по всем отраслям знаний.
СЭС стал источником повседневных справок по всем вопросам, возникающим при чтении газет, журналов, книг, учебной литературы, слушании радиопередач, просмотре телепрограмм и т.п....

Цена:
459 руб

Проверьте свои знания. Энциклопедия в 10 томах. Том 5
Проверьте свои знания. Энциклопедия в 10 томах. Том 5
Проверять свои знания гораздо интереснее, чем приобретать новые. Приобретать новые - полезно.
Тематические кроссворды, вопросы, головоломки, тексты с ошибками по географии, химии, биологии и прочих областях знаний, помогут вам в игровой форме закрепить уже знакомый фактический материал. В книге черно-белые иллюстрации....

Цена:
79 руб

Ежегодник Большой Советской энциклопедии. Выпуск 1
Ежегодник Большой Советской энциклопедии. Выпуск 1
Москва, 1957 год. Издание "Большая Советская Энциклопедия".
С иллюстрациями.
Издательский переплет. Сохранность хорошая.
В данном издании, корое было рассчитано на широкие круги читателей, представлены сведения об основных явлениях общественной, политической, научной, культурной жизни СССР и зарубежных стран, имевших место за год, предшествующий году издания Ежегодника.
При выборе типа ежегодного справочного издания Главная редакция БСЭ стремилась учесть как широту интересов читателя, так и то обстоятельство, что в СССР на то время издавалось не много специализированных справочных изданий.
Особое место в Ежегоднике уделялось последним открытиям и важнейшим достижениям в области науки и техники, сообщениям о научных съездах и конференциях, о новых машинах, приборах, технологических процессах.
Отдельные обзоры Ежегодника были посвящены наиболее ярким событиям культурной жизни, а также достижениям советского и зарубежного спорта.
Настоящий Ежегодник ограничен хронологическими рамками 1956 года....

Цена:
369 руб

100 великих городов мира
100 великих городов мира
Города - свидетели нашего прошлого, очевидцы настоящего и предвестники будущего. Именно о них, великих городах мира, книга популярной серии "100 великих". Читатель узнает много нового и о городах-легендах, таких как Содом и Гоморра, Аркаим, Китеж-град, и о древнейших городах, ровесниках человечества: Троя, Фивы, Вавилон, Вифлеем, Дельфы, Иерусалим... Этот список дополняют города средневековья, нового времени, мегаполисы, а также великие города России....

Цена:
549 руб

2007 Copyright © EduSPB.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт
Угостить администратора сайта, чашечкой кофе *https://paypal.me/peterlife
Rambler's Top100 Яндекс цитирования Яндекс.Метрика