Автореферат диссертации (1141492), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Пульсации скорости, которые принадлежатзаштрихованной зоне, соответствуют более слабому процессу переноса импульсамежду областями потока.Рисунок 10 – Определение квадрантов для оценки формы вихревых образований''Введя функцию a i , a ( z , t )  1 , если (u x , u z ) принадлежит i-му квадранту и' '' '' 'выполняется условие | u x u z | a u x u x u z u z , во всех остальных случаяхa i , a ( z , t )  0.

Полученные результаты представлены на рисунке 11.При z/h = 0,15…0,2 в потоке регистрируется сильный выброс (Q2),наблюдается процесс генерации, подтверждая работу Head, M.R., &Bandyopadhyay, P. о том, что в пристенной области доминантная вихреваяструктура имеет шпилькообразную форму.При z/h = 0,2…0,75 наблюдается чередование процессов генерации (Q2) иразвертывания (Q4) (графически представляя собой эллипс), что согласуется с1920представлениями М.А. Великанова о крупномасштабных структурах в видекатящихся друг за другом несимметричных «вальцов».Рисунок 11 – Распределение по глубине Si, как функции от параметра аВ области z/h = 0,75…1,0 поток определяется процессам внешнего (Q1) ивнутреннего (Q3) взаимодействий, что говорит о наличии на этой глубинецепочки больших вихрей, что согласуется с данными Гришанина К.В.Представленные в таблице 5 результаты составляющих касательныхнапряжений, показывают зоны генерации, развертки, диссипации и процессыотрыва в различных зонах потока.

Уточненная методика анализа вихревыхструктур в турбулентном потоке представлена в виде следующейпоследовательности, см. рисунок 12:Измерение пульсаций скорости u x' , u z'Расчет интенсивности пульсаций скорости и турбулентныхкасательных напряжения  x , z , zxОпределение весов квадрантов Q1, Q2, Q3, Q4Расчет параметра а (размер дыры) a  f ( x , z )Исключение пульсаций касательных напряжений  zx (выполнениеусловия  zx  a ) до момента получения одного являющегосянаиболее вероятным направлением переноса импульса Q1(2,3,4) дляконкретной точки потокаДоминирующее направление переноса импульса для каждойобласти потока позволяет статистически оценить вихревуюструктуру в открытом потокеРисунок 12 – Методика анализа вихревых структур в турбулентном потоке2021Уточнение методики анализа вихревых структур методом квадрантовпозволяет получить наиболее вероятные направления переноса количествадвижения по глубине потока.

Определение доминирующих составляющихкасательных напряжений позволяет описать эволюцию вихревых образований влюбой точке турбулентного потока.В четвертой главе приведены инженерные приложения результатовисследования пространственной структуры турбулентных потоков.В соответствии с теорией М.А. Великанова, именно крупные вихриопределяют структуру руслового процесса. В главе 3 настоящей работыпредложен анализ вихревых структур в потоке с помощью метода квадрантов, врамках которого рассматривается непрерывное поле пульсаций касательныхнапряжений.Приведена оценка влияния поля пульсаций турбулентных касательныхнапряжений для однородных несвязных грунтов на допускаемые неразмывающиедонные и средние скорости потока при движении жидкости в каналах. Дляусловия предельного равновесия частиц получаем уточненную формулукритической неразмывающей донной скорости с учетом турбулентности: gdu кр  1,15  тв  1  u x' u z'  CП(9)где С П - коэффициент подъемной силы, d - диаметр частиц грунта,  тв плотность частиц грунта,  - коэффициент, учитывающий вес квадранта.

Длясравнительного анализа полученных данных в таблице 6 приведены расчетныезначения донных неразмывающих скоростей, полученные в соответствии снормативными источниками по формуле Ц.Е. Мирцхулава. Расчетные значениядопускаемых донных неразмывающих скоростей в графическом видепредставлены на рисунке 13.Таблица 6 – Расчетные значения допускаемых донных неразмывающих скоростейДиаметрчастицгрунта d,ммДопускаемаянеразмывающая доннаяскорость потока поформуле Ц.Е.

Мирцхулава,u кр , м/с0,150,250,370,50,751,000,10,110,120,130,160,17Допускаемаянеразмывающая доннаяскорость потока безучета пульсацийскоростиu кр , м/с0,080,100,130,150,180,21Допускаемаянеразмывающая доннаяскорость потока сучетом пульсацийскоростиu кр , м/с0,050,090,110,130,170,202122uкр, м/cd, ммРисунок 13 – Допускаемая неразмывающая донная скорость потока, 1 – по формулеЦ.Е. Мирцхулава (для несвязных грунтов); 2 –без учета пульсаций скорости; 3 – с учетомпульсаций скорости (формула 9)Анализ полученных данных показывает, что на устойчивость частиц грунта,в равной мере влияет не только максимальная мгновенная скорость на высотевыступа шероховатости, но и касательное напряжение и его пульсации, что витоге приводит к снижению уровня допускаемой неразмывающей доннойскорости потока, особенно при размере частиц грунта d<0,4 мм на 20-50% посравнению с данными расчетов по нормативным источникам.В случае средней допускаемой неразмывающей скорости потока учеттурбулентности приводит к уменьшению уровня критической скорости более чемна 20%, что свидетельствует о необходимости учета поля пульсацийтурбулентных касательных напряжений в расчетах.Для уточнения расчета критической скорости двухфазного потока в рамкахреконструкции котлоагрегатов ТОО «Шахтинсктеплоэнерго» при использованииВУТ (Водоугольное топливо) из угольного шлама в качестве основного илидополнительного вида топлива на котлах типа БКЗ-75 произведен учет пульсацийкасательных напряжений.

Предложенная методика привела к снижениюрекомендуемого уровня критической скорости, при которой происходиттранспортирование угля для обеспечения необходимой производительностисистемы. Учет турбулентности привел к снижению коэффициента использованияоборудования, что позволило решить вопрос повышения надежности работы всейсистемы не только путем резервирования дополнительного оборудования итрубопроводов.ЗАКЛЮЧЕНИЕ1.Усовершенствована методика анализа вихревых структур в потоке, наосновании статистического анализа непрерывно пульсирующего полякасательных напряжений по времени и пространству, определяя наиболеевероятное направление переноса.22232.Приведен анализ статистических характеристик турбулентности, атакже пульсаций турбулентных касательных напряжений (анализ с помощьюметода квадрантов) и спектров турбулентных касательных напряжений.Полученные оценки слагаемых дифференциальных уравнений Рейнольдсапозволяют уточнить граничные условия при интегрировании уравненийдвижения.3.Выявлен вклад каждого типа переноса импульса в распределениетурбулентных касательных напряжений по глубине, суть которого заключается впредставлении касательного напряжения, как суммарного пространственногопереноса импульса в четырех направлениях.

Проведенная классификация вкладовкаждого типа переноса импульса в общий процесс переноса показала наличиевкладов превышающие осредненное значение турбулентных касательныхнапряжений.4.Выявлена специфика спектральных плотностей турбулентныхкасательных напряжений, показывающая соответствие переходной зоне в спектре,соответствующаяосновнымзакономерностямА.Н.КолмогороваиВ. Гейзенберга.5.Разработанаметодикаоптимизациивременипроведенияэксперимента, при котором обеспечивается требуемая достоверность полученныхреализаций пульсаций скорости для расчета характеристик турбулентности,основанная на оценке количества замеров необходимых для стабилизациистандарта пульсаций.6.Разработаны предложения по совершенствованию методов расчетавозможных деформаций русла под действием поля пульсаций турбулентныхкасательных напряжений у дна, показывающие что при наличии вкладовпревышающих осредненное значение турбулентных касательных напряженийдеформация русла происходит более интенсивно.В качестве дальнейшей перспективы развития темы исследования являетсяиспользование предложенной методики для пространственного анализа вихревыхструктур.Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:1.Сергеев С.А.

Статистическая оценка турбулентных касательныхнапряжений с помощью метода квадрантов/Сергеев С.А., Волгина Л.В.//Научноеобозрение. – 2017. – № 14. – С. 11-13;2.Сергеев С.А. Анализ формы когерентных структур в турбулентномпотоке с помощью метода квадрантов / Сергеев С.А., Волгина Л.В. // Инновации иинвестиции. – 2018.

– № 1. – С. 232-234;3.Сергеев С.А. Определение допускаемой донной неразмывающейскорости в условиях турбулентности / Сергеев С.А., Волгина Л.В. //Природообустройство. – 2018. – №2. – С. 41-45;4.Сергеев С.А. Анализ формы когерентных структур в турбулентномпотоке / Сергеев С.А., Чемерис О.Г. // Строительство – формирование среды2324жизнедеятельности: сборник материалов XIX Международной межвузовскойнаучно-практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов имолодых учёных/ М-во образования и науки Рос.

Федерации, Нац. исследоват.Моск. гос. строит. ун-т. – Москва, 2016 – С. 1079-1083;5.Сергеев С.А. Использование стандарта пульсаций в качестве критерияоценки достоверности эксперимента в области исследований турбулентностиводных потоков/ Сергеев С.А., Чемерис О.Г., Волгина Л.В. // Интеграция,партнёрство и инновации в строительной науке и образовании: сборникматериалов Международной научной конференции / М-во образования и наукиРос.

Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. – Москва, 2016 –С. 966-969.24.

Характеристики

Список файлов диссертации