авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Гидравлическое обоснование параметров проточных частей стабилизаторов расхода трубчатых водопропускных сооружений

-- [ Страница 3 ] --

Гидравлическое подобие установившегося равномерного напорного движения в трубопроводах водопропускных сооружений было обеспечено равенством коэффициентов Дарси натурного и модельного трубопроводов н=м или Reн=Reм. Значения местных сопротивлений не зависели от вязкости (автомодельная область). Масштаб моделирования L=1:10 распространялся на коэффициент эквивалентной шероховатости транзитного водовода, диффузорного участка и перепад горизонтов воды в верхнем и нижнем бьефе. Масштаб скоростей , масштаб расходов .

 Схемы исследованных моделей-43

Рис.11. Схемы исследованных моделей водовыпусков с плоским диффузором: а) =8, =4, =90, вода поступает в камеру через кольцевой водослив; б) =8, =4, =90, вода поступает в камеру через водослив с тонкой стенкой; в) =30, =4, =90, вода поступает в камеру через водослив с тонкой стенкой.

Диапазон изменения расходов натурного стабилизатора будет равен 1..2,5 м3/с, скорости в выходном сечении 1..2,2 м/с, перепад уровня верхнего и нижнего бьефа изменяется в диапазоне 1..4 м.

Статистическая обработка результатов гидравлических экспериментов была выполнена согласно ГОСТ Р ИСО 5725 – 2002 и включала отсеивание выбросов по критерию Граббса, проверку соответствия полученных экспериментальных значений нормальному распределению по критерию Крамера-Мизеса-Смирнова и оценку точности результатов измерений. Для доверительной вероятности 95% предельные суммарные ошибки составили: расход – 1.8%, давление – 1%, скорость – 4.4%, гидравлическое трение – 1.7%, местные сопротивления – 3.3%, коэффициент расхода – 1.1%.

В четвертой главе изложены основные результаты гидравлических исследований. Первая часть эксперимента была посвящена изучению гидравлических сопротивлений, соответствующих усовершенствованным формам проточной части стабилизаторов. Моделирование стальных труб транзитного водовода и бетонного выходного участка учитывалось различием гидравлически эквивалентной шероховатости материалов модели э. Для сварных стальных труб э=0.03..0.08 мм, для бетонных поверхностей, выполненных в стальной или деревянной опалубке с затиркой поверхности, э 0,3 мм. Транзитный водовод выполнялся в виде круглых труб из непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ) для которых значение э определялось экспериментально, диффузор – из органического стекла с э=0.03 мм..

Трубы из полимерных материалов изготавливаются различными способами с использованием различного сырья, что отражается на гидравлической шероховатости стенок (эквивалентная шероховатость может увеличиваться с ростом диаметра). Для труб из полиэтилена и поливинилхлорида диаметром от 50 до 300 мм значения э изменяются от 0.0015 до 0.0105 мм. В США для трубопроводов из ПВХ на клеевых соединениях этот показатель равен 0.005 мм; в Швеции для полиэтиленовых труб со стыковой сваркой диаметром 1200 мм получены значения э =0.05 мм.

Эквивалентная шероховатость труб из НПВХ с внутренним диаметром 0,059 м была определена экспериментально согласно ГОСТ 8.563.1-97 по формуле Кольбрука-Уайта:

(6)

Полученные значения эквивалентной шероховатости с вероятностью 95% находились в пределах 0.004-0.008 мм. На рис.12 представлены экспериментальные данные определения значений коэффициента Дарси и кривая, полученная расчетом по формуле Кольбрука-Уайта при величине э=0.006 мм, показавшая хорошее совпадение экспериментальных и расчетных значений.

 Экспериментальные значения-48

Рис.12.Экспериментальные значения коэффициента Дарси для э=0,006 мм

Был определен экспериментально коэффициент сопротивления ниши (сочленение транзитного водовода с управляющей башней) прямого тройника круглого поперечного сечения с соотношением площадей =0.6 (рис.13). Интервальная оценка значений коэффициента сопротивления для вероятности 95% равна . В исследованиях других авторов для прямого равнопроходного тройника получены значения , следовательно, уменьшение площади бокового подвода снижает местное сопротивление ниши.

Для выяснения картины распределения скоростей в выходном сечении плоского прямоугольного диффузора с двумя разделительными стеками (=300, n1=4) при выходе потока в нижний бьеф были выполнены измерения скоростей по створам каждого из сечений (рис.14). В качестве расчетного значения Коэффициента Кориолиса было принято среднее арифметическое по вычисленным для каждого отсека значениям равное =1.18. Экспериментальное значение коэффициента сопротивления диффузора с вероятностью 95% составило .

При работе стабилизаторов в режиме водовыпуска были определены значения коэффициента расхода по сжатому сечению: для диффузора с углом расширения 40 0=1.07, для диффузора с углом расширения 300 0=0.83. Сопоставление экспериментальных и теоретических значений относительного коэффициента расхода транзитного потока в процессе стабилизации для плоских диффузоров с n1=4 приведено на рис.15.

 Эпюра скоростей на выходе из-57

Рис.14. Эпюра скоростей на выходе из диффузора с двумя разделительными стенками

 Относительный коэффициент расхода-58 Относительный коэффициент расхода-59

Рис.15. Относительный коэффициент расхода транзитного потока при стабилизации:

а) n1=4, =80; б) n1=4, =300, 2 разделительные стенки

Экспериментальные значения до отношения сливающихся расходов 0,25 лежат незначительно ниже теоретических, это объясняется принятым в расчетах значением =0. В экспериментах Хусни Санаа Ибрагим было доказано, что для транзитного потока 1, для управляющего – =1.2…1.3. Подстановка в теоретическое уравнение =0.2 практически полностью совместит экспериментальные и расчетные значения. Доказано, что симметрия подачи расхода управления (через кольцевой водослив и водослив в стенке камеры с длиной водосливной поверхности ) не влияет на динамику .

Управляющий поток при гидродинамической стабилизации эффективно сжимает транзитный поток и снижает его коэффициент расхода на 50% для укороченных диффузоров с разделительными стенками и на 60% для плоских диффузоров. В стабилизаторах по верхнему бьефу существующих конструкций для углов подвода потока управления 900 и несимметричных диффузоров с расширением в трех плоскостях максимальное снижение составляло 40%. Стабилизаторы с улучшенной проточной частью имеют более эффективное снижение пропускной способности.

 Диапазон стабилизации по напору для-64

Рис.16. Диапазон стабилизации по напору для различных форм исполнения низового участка

Из условия равенства расхода, подаваемого стабилизатором, первоначальному расходу водовыпуска без стабилизации Q0, по рис.16 нами получена зависимость , описывающая требуемые для стабилизации приращения напора (рис.17). По оси абсцисс управляющий расход делится на постоянную величину Q0, а по оси ординат – требуемое приращение напора на первоначальное значение Н0.

Связь роста УВБ над кромкой водослива и расхода водослива, необходимого для стабилизации, описана кривой вида .

Точность стабилизации – процентное отклонение расхода, подаваемого стабилизатором, к начальному расходу водопропускного сооружения . Значения k были подобраны так, чтобы в каждой точке точность стабилизации не превышала 5% (рис.18). Значения k позволяют определить требуемую длину водосливного фронта в стенке камеры .

а) б)

Рис.17. Расход водослива и расход, требуемый для стабилизации: а) – =80; б) – =300.

 Точность стабилизации конструкций-72

Рис.18. Точность стабилизации конструкций с усовершенствованной проточной частью

Заключение

Результаты экспериментальных и теоретических исследований, выполненные в диссертационной работе, позволяют сделать следующие общие выводы:

1. Теоретическое изучение коэффициента расхода для 240 исследованных вариантов конструкций стабилизатора расхода показало одинаковую эффективность пирамидальных и плоских диффузоров при равных значениях их гидравлического сопротивления. Увеличение степени расширения диффузора при одинаковых площадях бокового подвода снижает относительный коэффициент расхода транзитного потока на 8% при малых управляющих расходах и на 10% при больших. Наибольший диапазон стабилизации по напору обеспечивают диффузоры со значением степени расширения n1=4 и n1=6, при одинаковой площади подвода потока управления различия между ними незначительны. Для сокращения длины диффузора целесообразно применять угол расширения в горизонтальной плоскости 300 при двух разделительных стенках, снижающих гидравлическое сопротивление диффузора и предотвращающих отрыв потока.

2. Обработка результатов гидравлических исследований стабилизаторов расхода была выполнена согласно требованиям российских и международных стандартов. Для труб из непластифицированного поливинилхлорида диаметром 0.059м экспериментально полученные нами значения эквивалентной шероховатости с вероятностью 95% находились в пределах 0.004-0.008 мм. Это позволило моделировать в масштабе 1:10 транзитный водовод из стальных сварных труб и выходной участок прямоугольного сечения, выполненный из бетона.

3. Впервые экспериментально получено значение коэффициента местного сопротивления ниши прямого тройника круглого поперечного сечения с отношением площадей =0.6 (примыкание управляющего и транзитного водовода при отсутствии стабилизации). С вероятностью 95% .

4. Впервые экспериментально изучены гидравлические условия работы прямоугольного диффузора с углом расширения 300, n1=4 с двумя разделительными стенками при выходе потока в нижний бьеф. Коэффициент местного сопротивления диффузора с вероятностью 95% составил д=0.35±0.02, коэффициент Кориолиса в выходном сечении оказался равен =1.18.

5. Оптимальными (конструктивно простыми и имеющими более высокий диапазон стабилизации по напору) являются стабилизаторы с углом подвода управляющего потока =900, значением относительной управляющей площади 0.6 и двух вариантах плоских диффузоров со степенью расширения n1=4 – с углом расширения диффузора 80 и 300 (укороченный диффузор с двумя разделительными стенками). При предлагаемом изменении проточной части достигается повышение пропускной способности водовыпусков до 1,5 раз.

6. Наши экспериментальные данные и теоретические зависимости пропускной способности стабилизаторов показали хорошее совпадение. Управляющий поток эффективно сжимает транзитный поток и снижает его коэффициент расхода на 50% для укороченных диффузоров с разделительными стенками и на 60% для плоских диффузоров. Предельное значение стабилизаторов с усовершенствованной проточной частью в 1,2…1,5 раз ниже, чем у существующих.

7. Впервые экспериментально доказано, что симметрия подачи расхода управления (через кольцевой водослив или водослив в стенке камеры с длиной водосливной поверхности ) не влияет на динамику изменения относительного коэффициента расхода.

8. Диапазон относительных значений приращения напоров при стабилизации для конструкций с усовершенствованной формой проточной части составляет и . Предлагаемые изменения проточной части увеличивают диапазон стабилизации в 1,27…1,9 раз, что подтверждается теоретическими расчетами и данными гидравлических исследований.

9. Подача управляющего расхода во всех случаях происходит через водослив с тонкой стенкой с отметкой порога, совпадающей с минимальным уровнем воды в верхнем бьефе. Методика определения длины водосливного фронта обеспечивает погрешность подачи расхода не более 5% в любом интервале напоров, принадлежащем диапазону работы водопропускного сооружения.

Результаты научных исследований опубликованы в следующих работах:

а) в журналах, рекомендованных ВАК РФ:

  1. Бенин Д.М. Влияние формы элементов проточной части на регулирующую способность гидродинамических стабилизаторов расхода / Д. М. Бенин //Перспективы науки 2010. №11(13). С. 59-63.
  2. Бенин Д.М. Увеличение диапазона работы гидродинамических водовыпусков-стабилизаторов расхода. / Бенин Д.М., Снежко В.Л. // Природообустройство. №2. 2011. С. 85-88.
  3. Бенин Д.М. К вопросу определения потерь напора в трубопроводах / Бенин Д.М., Снежко В.Л.// Перспективы науки. 2011. №11(14). С. 75-70.
  4. Бенин Д.М. Один из способов автоматизации напорных водопропускных сооружений / Бенин Д.М.// Научно-технический вестник Поволжья. 2011. №2. С. 49-52.

б) в научно-технических журналах и материалах научных конференций:

  1. Бенин Д.М. Классификация автоматических стабилизаторов расхода воды / Д. М. Бенин // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2010. №12. С. 38-40.
  2. Бенин Д.М. Динамика пропускной способности гидродинамических стабилизаторов расход / Д. М. Бенин //Московское научное обозрение.2010. №4.С. 4-6.
  3. Бенин Д.М. Конструктивные особенности гидродинамических стабилизаторов расхода / Бенин Д.М., Снежко В.Л. // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2010. Вып.9, С.127-128.
  4. Бенин Д.М. Моделирование показателей надежности стальных водопроводов / Бенин Д.М., Снежко В.Л. // В сб.матер. междунар. Науч.-техн. конф. Социально-экономические и экологические проблемы сельского и водного хозяйства. Ч.2 Безопасность ГТС. С.208-218, М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2010.
  5. Бенин Д.М. Прогноз показателей надежности стальных магистральных водопроводов / Бенин Д.М., Снежко В.Л. // В сб.матер. междунар. Науч.-техн. конф. Строительная наука 2010. Влад. Гос. ун-т. Владимир, 2010. С.376-378
  6. Бенин Д.М. Теоретическая и экспериментальная оценка пропускной способности водовыпусков с гидродинамической стабилизацией расхода / Бенин Д.М., Снежко В.Л. // Материалы 68-й Всероссийской научно-технической конференции «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре». ГОУВПО Самарский государственный архитектурно-строительный университет, Самара, 2011. С. 452-455.
  7. Бенин Д.М. К вопросу обеспечения санитарного расхода малых плотинных гидроузлов / Бенин Д.М., Снежко В.Л. // В сб.матер. междунар. Науч.-практ. Конф. Строительство-2011. – Ростов н/Д: Ростовский гос. строит. ун-т. С. 150-152.
® Московский государственный университет природообустройства (МГУП) Зак. № Тираж 100


Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.