Автореферат диссертации (1141492), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Анализ результатов серийэкспериментов показал, что время проведений экспериментов для получениянеобходимого количества замеров растет при увеличении расстояния от боковойстенки и при удалении более чем на 130 мм приводит к увеличению временныхзатрат более чем в 2 раза. Полученные реализации пульсаций скорости в первуюочередь анализировались на предмет репрезентативности (длина реализацийпульсаций скорости должна быть такой, чтобы обеспечить необходимую точностьрасчетов статистических характеристик). Определить объем репрезентативнойвыборки на практике довольно сложно, т.к. он зависит от выбранногодоверительного уровня (чаще всего используется 0,95 или 0,99), приемлемойошибки выборочного исследования (требованию к точности расчетов) и отстандартного отклонения генеральной совокупности (объема всей базы).

Такойподход не дает возможности определить объем необходимого количества замеровпульсаций скорости перед проведением эксперимента, необходимый дляоптимального планирования временных ресурсов. В настоящей работепредложена методика определения необходимой длины реализации, котораязаключается в следующем:910Стандартное отклонение показывает отклонение от математическогоожидания и расчет длительности его стабилизации (независимость значениястандартного отклонения от добавления в выборку новых экспериментальныхданных) является необходимым периодом для наблюдения. Таким образом,расчет стандартного отклонения по увеличивающейся выборке (от 0 домаксимального значения) σтекущ => определение длины реализации L, на которойσмакс= σтекущ, представлен на рисунке 1.NРисунок 1 – Примеры стандартного отклонения для серии опытов: 1 – для продольныхпульсаций скорости, 2 – для вертикальных пульсаций скорости, измеренных ранее на кафедреМГСУ с помощью датчиков динамического типа; 3 – для продольных пульсаций скорости, 4 –для вертикальных пульсаций скорости, измеренных автором с помощью комплекса ЛАД-056На графике, представленном на рисунке 1 по оси абсцисс – количествозамеров (пульсаций) скорости, по оси ординат стандартное отклонение – σ=f(N),где N – количество замеров позволяет оценить необходимое количество замеров(L).

Анализ показал, что в случае использования измерительного комплекса ЛАД056 требуемая длина реализации составляет не менее 1500 замеров, как дляпродольных, так и для вертикальных пульсаций, а в случае использованиядатчика динамического типа - не менее 6000 замеров как для продольных, так идля вертикальных пульсаций.Использованиепредложенногоалгоритмапозволяетвыполнитьпланирование экспериментов, при котором обеспечивается требуемаядостоверность полученных реализаций скорости для расчета характеристиктурбулентности при минимальной длине реализации, т.е. затраченного времени накаждый эксперимент вне зависимости от способа получения экспериментальныхданных.По исходным данным были построены и проанализированы 232 кривыхреализаций пульсаций скорости (каждая кривая содержала от 4,5 до 12 тысячзамеров), 45 кривых распределений турбулентных касательных напряжений и 45кривых распределений квадрантов по глубине, 120 спектральных функций длятурбулентных касательных напряжений.1011В третьей главе приведен анализ статистических характеристиктурбулентности: стандарта пульсаций (интенсивность турбулентности),коэффициента асимметрии, эксцесса, пульсаций турбулентных касательныхнапряжений (анализ с помощью метода квадрантов), а также спектровтурбулентных касательных напряжений.

Предложена усовершенствованнаяметодика анализа вихревых структур.Интенсивность пульсаций скорости является одной из важнейшиххарактеристик турбулентности и ее определяет стандарт пульсаций (стандартноеотклонение). Величина стандартного отклонения характеризует случайноезначение рассматриваемой пульсации, и для вертикальной и продольнойкомпоненты стандарты пульсаций рассчитывались по формуле:N 1ui 0'i(2)NСтандарты пульсаций вертикальной и продольных составляющих скорости,представленные на рисунке 2, построены в относительных координатах.Так, по оси абсцисс представлены величины стандартов пульсации скорости,отнесенные к динамической скорости ( u*  gRi , где R – гидравлический радиус,i – уклон) по оси ординат – относительная глубина потока (z/h).

Даннаянормировка стандартов, предложенная Б.А. Фидманом для открытых потоков,позволяет считать распределения универсальными.z/hz/h x / u* z / u*Рисунок 2 – Распределение интенсивности пульсаций скорости, где 1-5 – данные автора (1- i =0.001, 2 – i = 0.072; 3 – i = 0.150; 4 – i = 0.232; 5 – i = 0.37); 6 – данные Ж. Конт-Белло (гладкийнапорный канал, Re=230*103); 7 – Б.А. Фидман (стеклянный лоток, Re=14*103); 8 – А.С. Орлов,Е.Н. Долгополова, В.К. Дебольский (речные потоки); 9, 10 – аппроксимирующие кривые поопытным данным автораОбласть вероятностных значений (область определения) интенсивностипродольных пульсаций скорости – от 0,7 до 1,7 (  z / u* ), при этом к свободной1112поверхности интенсивность продольных пульсаций снижается в два раза.

Областьвероятностных значений интенсивности вертикальной пульсации – от 0,4 до 1(  x / u* ), максимум наблюдается вблизи дна, снижаясь к свободной поверхности ваналогичной пропорции. Стоит отметить, что аппроксимирующая кривая поопытным данным, представленная на рисунке 2 наиболее близка к распределениюинтенсивности вертикальных пульсаций скорости в бурном потоке по даннымБ.А. Фидмана. В отличие от спокойного течения здесь вследствие колебанийповерхности, возникающих при большом числе Фруда, вертикальные пульсациине обнаруживают резкого затухания с приближением к поверхности раздела своздухом. Продольные пульсации скорости, как в случае спокойного, так ибурного течения имеют одинаковые характеры распределения.Различие в областях определения интенсивности продольных ивертикальный пульсаций скорости связано со стабилизирующей ролью днаканала.

Интенсивность турбулентности в области потока, в непосредственнойблизости к стенке, представлена на рисунке 3, по оси ординат – относительнаяглубина потока, выраженная через безразмерный комплекс ( zu* /  ).Максимум продольных пульсаций скорости близок к верхней границевязкого подслоя, в то время как возрастание вертикальных пульсаций срасстоянием от стенки происходит значительно медленнее. x / u* z / u*zu* /zu* /Рисунок 3 – Распределение интенсивности пульсаций скорости в непосредственной близости кстенке, где 1-данные автора (1- i=0.001, Re=99 132); 2-4 – Ж. Конт-Белло; 5, 6, 8, 9 – Дж.Лауфер; 7, 11 – П.С. Клебанов; 10 – Г.С.

Таранов; 12,13 -аппроксимирующие кривые поопытным данным автораСравнительнаяхарактеристикамощностиипродолжительностиположительных и отрицательных пульсаций (или оценка взаимодействиявосходящих и нисходящих течений по глубине открытого потока) былапроанализирована с помощью коэффициента асимметрии, рассчитанные поформуле:1 N 1 3 3  3  ui'(3) N i 0Распределения коэффициентов асимметрии по глубине представлены нарисунке 4.1213z/hz/h3X 3ZРисунок 4 – Распределение коэффициента асимметрии пульсаций скорости, где 1-5 данныеавтора (1 - i=0.072; 2 – i=0.150; 3 – i=0.232; 4 – i=0.37); 6 – данные Ж. Конт-Белло (гладкийнапорный канал, Re=230*103); 7 – данные К.Ханжалича и Б.

Лаундера, шероховатый напорныйканал; 8-9 – Д.И.Гринвальд (речной поток, 8- ровное дно, 9 – гребень гряды); 10-11М.Х.Ибрагимов (круглая труба 10- Re=32,5*103,11-Re=80*103). 12,13 - аппроксимирующиекривые по опытным данным автораПри анализе коэффициента продольных и вертикальных пульсаций скоростибыло выявлено следующее:- у дна потока коэффициент асимметрии продольных пульсацийположителен, при z/h = 0,15…0,2 близок к нулю, а при больших расстояниях отдна переходит в отрицательную зону.- коэффициент асимметрии вертикальных пульсаций скорости отрицателен внижней зоне потока и переходит в положительную область при z/h = 0,3…0,5, аближе к поверхности снова переходит в отрицательную зону.Отличие от нуля коэффициентов асимметрии отражает характер массообменав потоке.

Если коэффициент асимметрии положителен, то для данной областипотока характерны чаще выбросы «ускорения» (более мощные пульсациискорости относительно осредненного значения), если коэффициент асимметриипринимает отрицательные значения, то для данной области характерны чащеслучаи «торможения».Полученные данные по распределению асимметричности продольных ивертикальных пульсаций скорости по глубине потока дают возможность болееточно оценить процесс массообмена в потоке.Оценка количества значительных по величине пульсаций рассчитана спомощью коэффициента эксцесса, рассчитанные по формуле:1 N 1 4 4  4  ui'  3(4) N i 0Распределения коэффициентов эксцесса представлены на рисунке 5.1314z/hz/h4 X4ZРисунок 5 – Распределение эксцесса пульсаций скорости, где 1-данные автора (1- i=0.001,Re=99 132); 2 – данные Ж.Конт-Белло (гладкий напорный канал, Re=230*103); 3 – данныеК.Ханжалича и Б.

Характеристики

Список файлов диссертации