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 ||

Гидродинамические характеристики лесосплавных плоских сплоточных единиц

-- [ Страница 2 ] --

Для моделей использовались модельные бревна диаметром 10…12 мм и длиной (325 ± 2)мм, (225 ± 2)мм. Высота выступов шероховатости поверхности 250мкм.

Кроме приведенных выше моделей, для оценки влияния на гидродинамические характеристики сплоточных единиц внутренних пустот заполненных водой, были выполнены также модели из цельного куска древесины в виде сплошных деревянных призм. Размеры таких моделей дублировали размеры моделей плоских сплоточных единиц из модельных бревен.

Количество серий опытов, отличающихся усилиями буксировки, варьировалась от 3 до 6. В каждой серии 5 повторений. Всего обработано 80 серий замеров, или 400 опытов.

Эксперимент был спланирован таким образом, что в одном опыте получали данные о трех видах движения: разгоне, равномерном движении и торможении. Скорость перемещения изменялась так, как показано на рис.4.

Рис.4. Изменения скорости в эксперименте

Поскольку опыты проводились в одинаковых условиях, закономерно считать закон распределения ошибок нормальным. Отсюда за вероятное значение скорости равномерного движения модели принято среднее арифметическое

, (7)

где - i-ое значение скорости в серии опытов;

n - количество опытов в серии.

Для оценки точности измерений были определены следующие статистики (табл.1). Был сделан вывод, что точность измерений достаточно высокая.

Таблица 1

Наименование Интервал колебания
Среднее квадратичное отклонение , м/с 0,000820,00573
Коэффициент вариации 0,423,14
Средняя ошибка среднего арифметического , м/с 0,000450,00243
Показатель точности Р%, % 0,151,40

Кроме того, была проверена однородность дисперсий опытов при помощи G-критерия Кохрена (Gрасч=0,007, Gтабл=0,07). Поскольку Gрасч<Gтабл, была принята гипотеза об однородности дисперсий опытов.

В зависимости от заданного усилия буксировки, определяемого соотношением весов грузов на трособлочной системе с учетом кратности полиспаста (iп=3), для каждой модели был построен график связи между усилием буксировки и средней из пяти повторений скоростью равномерного движения модели и подобрана методом наименьших квадратов отклонений теоретическая зависимость вида .

Для оценки тесноты связи между экспериментальными величинами и теоретической зависимостью для каждого случая было определено среднее корреляционное отношение, которое варьируется в пределах 0,9630,999.

Методика и результаты исследования равномерного движения плоских сплоточных единиц по классической теории

Вследствие того, что волновая составляющая сопротивления ввиду малости скоростей, а, следовательно, и малости числа Фруда, не оказывает существенного влияния на полное сопротивление ей можно пренебречь.

В результате формула полного сопротивления будет иметь вид:

. (8)

С учетом установленных условий моделирования методика выполнения модельных исследований следующая:

1. Задаваясь различными значениями сопротивления R, опытным путем определялись скорости равномерного движения .

2. Далее строили графики связи между R и .

3. Каждому графику методом наименьших квадратов отклонений была подобрана функция .

4. Сопротивление трения модели вычислялось по зависимости

, (9)

где F – площадь смоченной поверхности модели, ;

Вм, Тм, Lм – соответственно ширина, осадка и длина модели;

– коэффициент сопротивления трения от общей шероховатости модели, определяется по формуле (5).

Из опытов СТИ и ЦНИИЛесосплава установлены значения ks=0,0005м для моделей в геометрическом масштабе 10-50, что удовлетворяет условиям моделирования.

5. Сопротивление формы модели в результате равно

. (10)

6. Коэффициент сопротивления формы подсчитывался по зависимости:

, (11)

где – площадь миделевого сечения модели.

Тогда общая формула для полного сопротивления воды движению моделей будет выглядеть следующим образом

. (12)

Для коэффициента сопротивления формы была найдена функциональная зависимость от геометрических размеров плоской сплоточной единицы отношения (рис.5).

 Зависимость коэффициента-41

Рис.5. Зависимость коэффициента сопротивления формы .

С помощью метода наименьших квадратов была выявлена зависимость

, (13)

которая справедлива при =0,03…0,23.

Кроме этого была найдена зависимость для полного коэффициента сопротивления без выделения коэффициента сопротивления трения (рис.6).

 Зависимость полного коэффициента-45

Рис. 6. Зависимость полного коэффициента сопротивления

Полный коэффициент сопротивления определялся по формуле:

. (14)

С помощью метода наименьших квадратов для =0,03…0,23 была выявлена зависимость:

. (15)

Обе зависимости были проверены на адекватность коэффициентам, полученным по опытным данным при помощи F-критерия Фишера.

Соотношение между полным коэффициентом сопротивления и коэффициентом сопротивления формы для моделей ПСЕ составляет примерно 0,8…0,9. Это говорит о том, что доля сопротивления трения для столь коротких тел мала, и для приближенных расчетов его можно не учитывать, перенося на натуру значение полного коэффициента сопротивления. Однако для более точных расчетов коэффициент сопротивления трения не учитывать нельзя, т.к. в противном случае нельзя быть уверенным в отсутствии влияния масштабного эффекта.

Методика и результаты исследования равномерного движения по теории полных факторных планов

Для оценки влияния факторов на сопротивление воды движению ПСЕ был составлен полный факторный план, основными факторами которого являлись длина, ширина и осадка ПСЕ.

Диапазон варьирования факторов был задан следующим образом:

Таблица 2

Факторы Значение факторов Интервал варьирования
-1 +1
Х1 – длина модели, м 0,225 0,325 Х1=0,05
Х2 – ширина модели, м 0,225 0,325 Х2=0,05
Х3 – осадка модели, м 0,053 0,010 Х3=0,0215

Однако нельзя было не учесть влияние скорости движения модели. Вследствие того, что данные величины имеют разную природу воздействия на выходной параметр, было принято решение принять математическую модель следующего вида:

. (16)

где x1,x2,x3 – входные факторы соответственно длина, ширина и высота модели в условном масштабе;

b0 – свободный член;

b1,b2,b3 – коэффициенты при линейных членах;

b12,b13,b23 – коэффициенты, характеризующие парное взаимодействие;

b123 – коэффициент, учитывающий взаимодействие всех трех членов;

R – гидродинамическое сопротивление модели, определенное по уравнению регрессии.

Для упрощения расчетов было решено ввести дополнительную переменную r, которая определяется следующим образом:

. (17)

Тогда выражение (16) приняло вид:

, (18)

где r – приведенное сопротивление воды движению плоской сплоточной единицы.

В результате обработки данных эксперимента было получено следующее уравнение регрессии

(19)

Все коэффициенты уравнения регрессии были проверены на значимость при помощи t-коэффициента Стьюдента.

Данное уравнение было проанализировано при различных сочетаниях влияния факторов. При анализе одиночного влияния факторов был сделан вывод, что наибольшее влияние на отклик оказывает фактор, соответствующий натуральному фактору осадки, наименьшее – натуральному фактору ширины модели.

При анализе парного взаимодействия наибольшее влияние на отклик оказывает совместное влияние ширины и осадки модели, наименьшее – совместное влияние длины и ширины. Кроме того, был сделан вывод, что изменение приведенного сопротивления модели на интервале варьирования -1…0 почти полностью зависит от изменения осадки модели ПСЕ, и практически не зависит от изменения длины или ширины модели. Влияние этих факторов в полной мере проявляется на интервале варьирования 0…+1.

После пересчета была получена регрессионная модель с натуральными обозначениями факторов

(20)

Анализ точности результатов

Относительная погрешность измерения коэффициента сопротивления формы не превышает 1,66%, относительная погрешность измерения коэффициента сопротивления трения не превышает 0,31%, а погрешность измерения гидродинамического сопротивления модели плоской сплоточной единицы при максимальной исследуемой скорости равномерного движения не превышает 4,69%. Это говорит о том, что можно считать полученные коэффициенты сопротивления и близкими к истинным.

Анализ результатов исследования

Для анализа полученной зависимости сопротивления, результаты исследований равномерного движения моделей были пересчитаны на натурные условия. Полученные результаты сравнили с вычисленными по известным в литературе формулам для пучков, деревянных понтонов и сортиментных плотов. Был сделан вывод о невозможности использования последних для ПСЕ.

В четвертой главе приведена проверка в натурных условиях результатов модельных исследований.

 Плоская сплоточная единица в-59 Рис. 7. Плоская сплоточная единица в натурных условиях На моделях равномерное движение плоских сплоточных единиц изучено достаточно полно, поэтому в натуре испытаны только четыре типоразмера: двухрядная плоская сплоточная единица размерами 66м, трехрядные - размерами 66м и 46м, и пятирядная - размерами 66м. Опыты проводились на свободной от наплавных сооружений акватории рейда Архангельского ЦБК в г.Новодвинске.

В результате натурных испытаний были определены скорости обтекания и силы влечения сплоточных единиц речным потоком.

Коэффициент сопротивления формы для плоских сплоточных единиц при обработке натурных данных определялся по формуле:

, (21)

где – скорость движения плоской сплоточной единицы;

– площадь миделя сплоточной единицы; ;

– плотность воды;

– сопротивление формы для плоской сплоточной единицы потоку; ;

- сила влечения потока плоской сплоточной единицы, измеренное по динамометру;

- сопротивление трения для плоской сплоточной единицы, определяется по зависимости (5).

Из опытов СТИ и ЦНИИЛесосплава установлены значения ks=0,005м для плотов в натурных условиях. Несомненно, что плоские сплоточные единицы будут удовлетворять тем же условиям.

На рис.8. результаты обработки опытов представлены в виде точек, нанесенных на зависимость, полученную при модельных испытаниях.

 Зависимости коэффициента-69

Рис.8. Зависимости коэффициента сопротивления формы от : () - кривая полученная по зависимости (13); () - результаты экспериментальных исследований на моделях; () – результаты натурных испытаний

Адекватность результатов натурных и модельных исследований, проверенная при помощи F-критерия Фишера, говорит об отсутствии масштабного эффекта, и возможности непосредственного использования результатов модельных исследований в условиях натуры.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1.Изучение вопросов сопротивления воды движению плоских сплоточных единиц проводилось на основе: анализа имеющихся теоретических решений и экспериментального материала по определению коэффициентов сопротивления трения шероховатых пластин; разработок по определению сопротивления формы и волнового различных по форме тел; буксировочных испытаний модельных и натурных пучковых плотов, выполненных различными авторами; и главным образом на основе полученных в результате исследования экспериментальных данных.

2. Выполнено научное обоснование и разработаны математические модели процесса взаимодействия ПСЕ с речным потоком в виде одночленной и двучленной формул;

3. Разработаны методики и выполнены экспериментальные исследования гидродинамического сопротивления плоских сплоточных единиц на моделях и в натурных условиях.

4. Теоретически обоснован выбор математической зависимости для определения коэффициента сопротивления трения ПСЕ.

5. В результате экспериментальных исследований получена математическая зависимость для определения коэффициента сопротивления формы ПСЕ.

6. Выполнен факторный анализ сопротивления воды движению ПСЕ, для чего была разработана математическая модель гидродинамического сопротивления ПСЕ в виде уравнение регрессии.

7. В результате сравнения полученной расчетной зависимости для определения гидродинамического сопротивления ПСЕ с известными в литературе формулами для пучков, деревянных понтонов и сортиментных плотов был сделан вывод о невозможности использования последних для ПСЕ.

8. Результаты исследований рекомендуется использовать при разработке технологий и технического обеспечения лесосплава на базе ПСЕ.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Митрофанов А.А., Бережная О.В., Гребнев В.Ф. Экология и проблемы водного транспорта леса [Текст]: материалы международного молодежного экологического форума стран Баренц-региона / А.А.Митрофанов, О.В.Бережная, В.Ф.Гребнев – Архангельск: Изд-во АГТУ, 2001. – С. 97-98.

2. Бережная О.В., Митрофанов А.А. Методика исследования гидродинамических характеристик плоских сплоточных единиц при равномерном движении на моделях [Текст] / Совершенствование техники и технологии лесозаготовок и транспорта леса: сб. науч. тр. АГТУ / О.В.Бережная, А.А.Митрофанов - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. – Вып.2. – С. 50-54. ил.

3. Мурашова О.В., Плылова Г.В. Методика проведения экспериментальных исследований гидродинамических характеристик плоских сплоточных единиц [Текст] / Проблемы лесного комплекса России в переходный период развития экономики: материалы Всероссийской научно-технической конференции / О.В.Мурашова, Г.В.Плылова – Вологда: Изд-во ВоГТУ, 2003. – С. 10-12,:ил.

4. Мурашова О.В. Методика предварительной обработки исследований гидродинамических характеристик плоских сплоточных единиц при равномерном движении жидкости [Текст] / Вузовская наука – региону: материалы Первой общероссийской научно-технической кнференции / О.В.Мурашова – Вологда: Изд-во ВоГТУ, 2003. – С. 310-312,:ил.

5. Мурашова О.В., Митрофанов А.А. Результаты экспериментальных исследований гидродинамических характеристик плоских сплоточных единиц [Текст] / Современная наука и образование в решении проблем экономики европейского Севера: материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию АЛТИ-АГТУ / О.В.Мурашова, А.А.Митрофанов – Архангельск: Изд-во АГТУ, 2004. – Т.1. – С. 95-96.ил.

6. Митрофанов А.А., Мурашова О.В. Методика и результаты натурных исследований равномерного движения плоских сплоточных единиц в речном потоке [Текст] / Совершенствование техники и технологии лесозаготовок и транспорта леса: сб. науч. тр. АГТУ / А.А. Митрофанов, О.В. Мурашова - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005. – Вып.3. – С. 103-106,:ил.

7. Митрофанов А.А., Мурашова О.В. Методика и результаты исследования равномерного движения плоских сплоточных единиц по теории полных факт

Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.