СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА
ICE COVER SIMULATION METHOD

Изобретение относится к ледотехнике, в частности, к моделированию ледяного покрова в опытовом бассейне.
Известен способ моделирования ледяного покрова с заданными прочностными характеристиками в ледовом опытном бассейне, характеризующийся тем, что температуру воздуха в бассейне понижают примерно до - 10°С, затем чашу бассейна, заполненную переохлажденной соленой водой, очищенной от остатков льда предшествующего эксперимента, засеивают ядрами кристаллизации льда путем распыления пресной воды из мелкодисперсионной форсунки в количестве около 0,1 кг на квадратный метр поверхности с равномерно движущейся тележки в течение 1-2 минут, после чего выжидают некоторое время до образования сплошного слоя тонкого льда и далее по определенному графику регулируют температуру воздуха в бассейне в сторону понижения или повышения в зависимости от требуемой толщины и прочности ледяного покрова (1. RU 2535398 С1, 10.12.2014).
Недостатками способа являются: сложность технологического процесса приготовления модельного поля; большие энергетические затраты, связанные с необходимостью использования мощных рефрижераторных установок; невозможность получения модельного слоя с постоянными по всему полю его толщиной и физико-механическими свойствами, непрерывно изменяющимися в ходе проведения экспериментов вследствие их зависимости от времени и температуры.
Сущность изобретения заключается в обеспечении возможности моделирования ледяного покрова в обычном, т.е. неледовом, бассейне с использованием в качестве модельного материала веществ, способных изменять свое агрегатное состояние, т.е. переходить из жидкого состояния в твердое, при их охлаждении до комнатной температуры.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в значительном уменьшении затрат на проведение экспериментов из-за отказа от охлаждающих устройств и повышении их эффективности, т.е. обеспечении стабильности физико-механических характеристик модельного слоя в течение времени проведения экспериментов.
Существенные признаки, характеризующие изобретение.
Ограничительные: способ моделирования ледяного покрова в опытовом бассейне.
Отличительные: моделирование осуществляют при комнатной температуре с использованием в качестве модельного материала вещества легче воды и способного изменять свое агрегатное состояние, т.е. переходить из жидкого состояния в твердое, при понижении температуры до комнатной, например саломаса, который предварительно нагревают до температуры выше его температуры плавления и смешивают с растворителем, например с керосином, а затем выливают на поверхность поднятого над уровнем воды в бассейне подвесного дна с установленными по его периметру стенками с предварительно уложенной на их поверхностях водорастворимой пленкой, после затвердевания модельного материала, ставшим модельным слоем, подвесное дно опускают на глубину, обеспечивающую нулевую плавучесть модельному слою, а после растворения пленки подвесное дно опускают на дно бассейна.
Известно (2. Козин В.М. Моделирование изгибно-гравитационных волн в сплошном ледяном покрове / Теория и прочность ледокольного корабля. - Горький: Изд. ГПИ им. А.А. Жданова. 1982, вып. 3, с. 35-38), что отношение модулей упругости Юнга натурного и модельного льда определяют модуль геометрического подобия, т.е. масштаб моделирования.
Также известно, что при смешивании расплавленного саломаса с керосином у него, как у материала, изменяются физико-механические свойства: упругие и прочностные, т.е. модуль упругости при растяжении и предел прочности на изгиб (3. kudavlozitdendi.adne,info/utilizazaciya-zhirzovyx-otoxodovl). Таким образом, смешивая саломас и керосин в нужной пропорции, можно изменять как его свойства, так и масштаб моделирования.
Изобретение осуществляется следующим образом.
3
Моделирование осуществляют при комнатной температуре с использованием в качестве модельного материала вещества легче воды, например саломаса: его плотность при комнатной температуре 20°С равна 910-912 кг/м (4. termalinfo.ru/svojstva), который предварительно нагревают до температуры выше его температуры плавления 45-46°С (5. www.ngpedia.ru/id504050p1.html) и смешивают с керосином в нужной пропорции. Затем по периметру подвесного дна устанавливают вертикальные стенки и на их поверхности, которые выполняют водопроницаемыми за счет их предварительной перфорации, укладывают водорастворимую пленку, например ТМ FILTEX (5. https://embcentre.ru/shop/comsumables/). После подъема подвесного дна выше уровня воды в бассейне и выравнивания его поверхности в горизонтальной плоскости расплавленный саломас наливают в образованную подвесным дном и стенками чашу до уровня, обеспечивающего заданную толщину моделируемого ледяного покрова. После затвердевания модельного материала вследствие его охлаждения до комнатной температуры подвесное дно опускают на глубину, обеспечивающую нулевую плавучесть модельному слою (с учетом соотношения плотности саломаса и воды это составляет примерно 0,9 от толщины модельного слоя), что обеспечит равенство сил тяжести модельного слоя силам плавучести (силам Архимеда). Это необходимо для исключения появления в модельном слое нежелательных деформаций до его отделения от подвесного дна. Для уменьшения сил трения модельного слоя при его отделении от боковых стенок последние выполняют наклонными к горизонтальной плоскости. После растворения водорастворимой пленки, благодаря предварительно обеспеченной водопроницаемости поверхностей дна и стенок, модельный слой отделится от поверхностей чаши, в которую он был залит. В результате после последующего опускания подвесного дна на дно бассейна, благодаря меньшей, чем у воды, плотности саломаса модельный слой за счет его положительной плавучести останется на поверхности воды бассейна. После приготовления модельного слоя опытным путем определяют физико-механические характеристики полученного модельного льда, а полученные результаты проведенных экспериментов пересчитывают на натуру по известным методикам, например по методике [2].
Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показан вид сверху на модельный слой бассейна; на фиг. 2 - поперечное сечение по А-А на фиг. 1 (вариант 1); на фиг. 3 - поперечное сечение по А-А на фиг. 1 (вариант 2).
Моделирование осуществляют при комнатной температуре в опытовом бассейне 1 (фиг. 1-3) с подвесным дном 2 (фиг. 2, 3). По переметру подвесного дна 2 устанавливают стенки 3, под углом а к горизонту, а на их поверхности укладывают водорастворимую пленку 4 (фиг. 2). После подъема подвесного дна 2 при помощи изменяющихся по длине стоек 8 выше уровня воды 5 в бассейне расплавленный саломас наливают в образованную дном и стенками чашу до уровня, обеспечивающего заданную толщину моделируемого ледяного покрова h (фиг. 2, 3). После растворения водорастворимой пленки 4 подвесное дно 2 при помощи стоек 8 опускают на дно бассейна 6. Благодаря меньшей, чем у воды, плотности саломаса модельный слой 7 останется на поверхности воды 5 бассейна 1 (фиг. 3).