Структурный анализ систем

Рис. 3.4. Крушение супертанкера «Эксон Вальдез» (Exxon Valdez)

24.03.1989 г., пролив Принца Уильяма возле Аляски (Prince William Sound, Alaska). Вылилось более 40 миллионов литров сырой нефти.

Один из методов сбора разлитой нефти на поверхности воды заключается в следующем. Пятно нефти окружают плавающими барьерами, которые предотвращают растекание нефти (рис. 3.5). Затем окруженное пространство засыпают пористыми гранулами — адсорбентами, которые впитывают нефть.

Рис. 3.5. Плавучие барьеры, ограждающие пятно нефти

Задача возникает при сборе гранул, заполненных нефтью.

Разбор задачи

Имеются гранулы В₁, заполненные нефтью В₂.

Система невепольная. Она представлена на схеме (3.22). Гранула В₁ воздействует на нефть В₂ адсорбируя ее (капиллярный эффект).

Где:

В₁ — гранула;

В₂ — нефть.

Для решения мы должны достроить систему до вепольной. Необходимо найти поле, отзывчивое на гранулу с нефтью, чтобы можно было ее легко убирать. Такое поле найти сложно, поэтому мы добавляем еще одно вещество В₃ в гранулу В₁, которое будет отзываться на введенное поле П₁. Это поле должно поднимать гранулу, а вместе с ней и нефть.

Предложено в гранулы добавить ферромагнитные частицы В₃, тогда их будет легко собрать магнитным полем П₁ (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Сбор нефти на поверхности моря6

Вепольная структура (3.23).

Внешний комплексный веполь — это комплексный веполь, где добавка В₃ присоединяется внешне к В₁ (3.24) или В₂ (3.25). Этот вид комплексного веполя используется, когда невозможно или нежелательно вводить В₃ внутрь имеющихся веществ.

Задача 3.4. Демонтаж радиоэлементов

Условия задачи

Демонтаж радиоэлементов производится с помощью паяльника. При этом часто перегрев (термоудар) приводит к порче радиоэлемента. Как быть?

Разбор задачи

Построим вепольную модель описанной системы. Она может быть представлена схемой (3.26).

Где:

П₁ — температурное поле разогретого паяльника;

В₁ — олово;

В₂ — вывод (ножка) радиоэлемента.

Задача описывается веполем с полезной и вредной связью. Полезное действие (прямая стрелка от В₁ к В₂) — олово расплавляется и освобождает ножку радиоэлемента. Вредное (волнистая стрелка от В₁ к В₂) — горячее олово перегревает ножку радиоэлемента и собственно радиоэлемент.

Одно из возможных решений перейти к внешнему комплексному веполю (3.27), т. е. необходимо внешне ввести дополнительное вещество. Обозначим его как В_3.

Чтобы радиоэлемент при демонтаже не испортился от термоудара, перед нагревом в место распайки вводят припой В₃ с температурой плавления ниже температуры плавления основного припоя (рис. 3.7). Дополнительный припой, представляющий собой сплав олово-свинец-висмут, существенно уменьшает термоудар радиоэлемента.

Рис. 3.7. Введение низкотемпературного припоя

Комплексный вепольна внешней среде — это внешний комплексный веполь, где в качестве В₃ используется внешняя среда В_ВС, которая может добавляться к В₂ (3.28) или к В₁ (3.29).

Этот вид комплексного веполя целесообразно использовать, когда невозможно или нежелательно присоединять В₃ к имеющимся в системе веществам.

В_ВС — вещество внешней среды, В₃ = В_ВС.

Задача 3.5. Очистка железнодорожных путей

Условия задачи

Очистку железнодорожных путей от снега или грязи осуществляют с помощью специального локомотива или навесного оборудования. Это не идеально. Необходимо приобретать специализированное оборудование, тратить лишнюю энергию, время, человеческие ресурсы на эксплуатацию и ремонт. Как избежать этого?

Разбор задачи

Вепольная схема задачи имеет вид (3.30).

Где:

В₁ — грязь или снег;

В₂ — щетка;

П₁ — вращение щетки.

Одно из возможных решений — перейти к комплексному веполю на внешней среде (3.31).

Где:

В₁ — грязь или снег;

В₂ — щетка;

П₁ — вращение щетки;

В₃ — отражатель;

В_ВС — воздух;

П₂ — набегающий поток.

Очистку железнодорожных путей можно проводить набегающим на локомотив потоком воздуха, направляя его в нужное место с помощью специальных экранов и отверстий (рис. 3.8). Каждый локомотив может быть снабжен таким приспособлением7. Оно может устанавливаться при изготовлении локомотива. Тогда железнодорожные пути не нужно будет специально очищать.

В этом изобретении использовали ресурсы — набегающий поток воздуха.

Рис. 3.8. Очистка железнодорожных путей. А. с. 1 054 483

1 — шасси; 2‒4 — воздуховоды; 2 — заборный воздуховод; 3 — направляющий воздуховод; 4 — вспомогательный воздуховод; 5 — передние стенки воздуховода; 6 — боковые стенки воздуховода; 7 — выпускные окна.

Комплексный вепольна измененной внешней среде — это внешний комплексный веполь, где в качестве В₃ используется измененная внешняя среда В'_ВС, которая может добавляться к В₁ (3.33) или к В₂ (3.32).

В«_ВС — видоизмененное вещество внешней среды, В₃ = В'_ВС.

Под измененной будет пониматься также разложение внешней среды на составляющие элементы и добавки во внешнюю среду.

Этот вид комплексного веполя целесообразно использовать, когда невозможно или нежелательно присоединять В₃ к имеющимся в системе веществам или внешнюю среду.

Задача 3.6. Измерение глубины реки

Условия задачи

При измерении глубины реки через ледяную поверхность необходимо обеспечить надежный контакт ультразвукового (УЗ) излучателя со льдом. На поверхности льда имеется снег, который предварительно расчищают. Лед имеет неровную поверхность и поэтому контакт излучателя со льдом получается в отдельных местах. Для улучшения контакта излучателя со льдом его выравнивают (рис. 3.9). Это трудоемко и требует значительных временных затрат. Как быть?

Рис. 3.9. Измерение глубины реки

Разбор задачи