Молодой исследователь Томас Бергер, начинавший работу над своей докторской диссертацией, случайно сделал открытие, которое может изменить машиностроение. В ходе экспериментов он создал простое и лёгкое устройство, способное предотвращать образование вихрей Кармана — мощных завихрений, вызывающих разрушительные вибрации в лопастях турбин и других гидромеханических системах.
Бергер проводил исследования в лаборатории профессора Мохамеда Фархата, изучающей сложные процессы гидродинамики. «Турбины особенно уязвимы к вибрации, вызванной потоком», — поясняет Фархат. — «Это серьёзная проблема как для конструкторов, так и для операторов оборудования».
Вихри Кармана: от башни Эйфеля до катастрофы моста
Эти вихри образуются, когда поток воды или воздуха огибает препятствие. Чередующиеся завихрения создают колебательное давление, способное разрушать конструкции. Так в 1940 году обрушился мост Такома Нэрроуз в США. А знаменитая башня Эйфеля избежала подобных проблем лишь благодаря своей «пористой» конструкции.
Гироид — математика против вибрации
В поисках решения Бергер обратился к 3D-печати и математическому моделированию. Он протестировал десятки форм и материалов, пока не нашёл структуру, которая полностью подавляет образование вихрей. Это оказался гироид — особая 3D-геометрия с непрерывными изогнутыми поверхностями. Она не только пористая и лёгкая, но и очень прочная.
Эксперименты показали: достаточно прикрепить элемент в форме гироида к задней кромке лопасти, чтобы вихри перестали возникать, а вибрация исчезла — при этом эффективность работы лопасти не страдает. «Эта форма буквально убивает вихрь на старте», — подчёркивает Фархат.
Впереди — промышленные испытания
Сегодня разработка Бергера привлекла внимание инвесторов. Следующим шагом станет проверка технологии в реальных турбинах и гидросистемах. Сам исследователь признаётся: «Я нашёл решение раньше, чем понял, почему оно работает. Теперь моя задача — раскрыть сам механизм».
Источник: https://actu.epfl.ch/news/clever-device-drastically-reduces-the-vibration-fr/
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
