Диссертация (1141510), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Тарировка датчиковПеред началом и в конце серий испытаний производилась тарировкаизмерительногооборудования.Дляэтогобылсделанспециальныйтарировочный стенд, на котором выполнялась тарировка датчика ДД-10, фотостенда показано на Рисунок 3.11. Тарировка была необходима дляопределения нулей и коэффициентов пересчёта.а)б)Рисунок 3.11 – Тарированный стенд а) статическое нагружение б)динамическое нагружение104Сначала выполнялась тарировка датчика при статическом нагружении.Мембрана,расположеннаявверхнейчасти(плоскости)датчика,устанавливалась в одной плоскости с поверхностью воды в трубке, даннаяплоскость совпадала с нулём шкалы тарированного стенда, затем выполнялосьпостепенное увеличение напора в трубке с шагом 50 мм. Фиксация показанийпроизводилась при повышении напора в диапазоне от 0 до 50 мм.
Дляконтроля исправной работы датчика, тарировка производилась так же и вобратном направлении от максимальной точки до нуля шкалы. Времяфиксации замера составляло 120 секунд.Далее выполнялась тарировка при динамическом пригружении. Длясоздания условий колебаний потока, соответствующим колебаниям потока влотке установки, на тарировочном стенде использовался мотор-редуктор.Амплитуда создаваемых колебаний была величиной в 10 мм, диапазонколебаний был от 0,5 гц и больше, частота колебаний регулировалась припомощи блока питания с возможностью изменения подаваемого напряжения.Методика проведения тарировки датчика была аналогичной, как и в случаестатического нагружения.Для контрольной проверки корректной работы измерительногооборудования тарировка датчика так же проводилась в конце серииисследования.3.9.
Результаты тарировки датчика измерения пульсационныххарактеристикПосле проведения тарировки датчика строилась зависимость напора отпоказаний датчика, выраженных в милливольтах. Зависимость, полученнаяпри тарировке датчика при статическом нагружении, представлена на Рисунок3.12.105Показания датчика, мВ25020015010050001020304050Напор h, ммТарировкаЛинейная (Тарировка)Рисунок 3.12 – Тарировка датчика при статическом нагруженииКак видно по зависимости, показания датчика носят линейный характер,поэтому экспериментальные данные аппроксимировались при помощилинейной функции.
При помощи тарировочных графиков производилсяперевод значений, полученных с датчиков, из милливольт в миллиметры.3.10. Результаты исследования пульсационных характеристикВ результате проведения гидродинамических исследований покрытия,выполненного из геомата, заполненного битум-полимерным вяжущим, былиполучены пульсационные характеристики, которые представлены в Таблица3.10.
Данные характеристики дают представление о нагрузке водного потокана исследованное покрытие, которое расположено на дне и откосе.106Таблица 3.10 – Результаты измерения пульсационных характеристикРасход ,Скоростьл/спотока ,дм/сГидродинамическое давлениеСреднее значение,смmax, смmin, смДатчик на дне под покрытием (1 датчик)8211,6858,8569,5050,0212213,4463,1469,5050,0216215,1266,3177,2957,81Датчик на дне на одном уровне с покрытием (2 датчик)8211,7162,0269,5051,9712213,4867,1873,3953,9216215,1272,6877,2957,81Датчик на откосе под покрытием (3 датчик)8211,7053,2165,6046,1312213,4257,3875,3455,8716215,160,3873,3948,08Датчик на откосе на одном уровне с покрытием (4 датчик)8211,7356,1265,6048,0812213,5161,3675,3453,9216215,0766,0875,3455,90По данным полученным в Таблица 3.10 была построена зависимостьгидродинамического давления от расхода, показанная на Рисунок 3.13.107Гидродинамическое давление, см75,0070,0065,0060,0055,0050,008090100110120130140150160170Расход, л/с1 датчик2 датчик3 датчик4 датчикРисунок 3.13 – Зависимость гидродинамического давления от расходаПроанализировав полученные результаты видно, что при увеличениирасходавозрастаетгидродинамическоедавление.Гидродинамическоедавление на дне было больше, чем на откосе.
Гидродинамическое давление,измеренное при расположении датчика под защитным покрытием, быломеньше, чем при расположении датчика на одном уровне с поверхностьюпокрытия, это означает, что водный поток оказывает дополнительноепригрузочное гидродинамическое давление на покрытие. Дополнительноедавление, создаваемое водным потоком, определялось как разница показанийдатчика, расположенного на одном уровне с покрытием и под покрытием,результаты расчётов представлены в Таблица 3.11.108Таблица 3.11 – Разница гидродинамического давления над покрытием и подпокрытиемРасходГидродинамическГидродинамич, л/сое давление,ескоедатчик на одномдавление,уровне сдатчик подпокрытием, смпокрытием, смРазницаПревышениедавлений гидродинамиче, смского давленияв%Датчик на дне (1 и 2 датчик)8262,0258,853,175,1212267,1863,144,056,0216272,6866,316,388,77Датчик на откосе (3 и 4 датчик)8256,1253,212,915,1912261,3657,383,996,5016266,0860,385,708,62По данным, полученным в Таблица 3.11 видно, что значениягидродинамического давления, полученные с датчиков, расположенных наодном уровне с поверхностью защитного покрытия было больше, чем сдатчиков расположенных под покрытием.
Превышение давления находилосьв промежутке от 5,19% до 8,62% при расположении противоэрозионногопокрытия на откосе и в промежутке от 5,12% до 8,77% при расположениипротивоэрозионного покрытия на дне.3.11. Выводы по третьей главе1.Противоэрозионное защитное покрытие, выполненное из геомата,заполненногощебнемибитум-полимернымвяжущим,планируютсяиспользовать на дне и грунтовых откосах гидротехнических сооружений.
Дляпроектирования каналов необходимо знать коэффициент шероховатости109покрытия дна и откосов. С этой целью в диссертационной работе былопроведено гидравлическое исследование противоэрозионного защитногопокрытия. Расчёт коэффициента шероховатости производился при уклонахдна русла, равных = 0,0073 и = 0,0237 и трех расходах.2.Поданным,полученнымврезультатегидравлическихисследований, рассчитывался коэффициент шероховатости, всего былорассчитано 180 значений.
Поскольку одна из стенок установки была покрытаглянцевыми пластиковыми листами, изначально рассчитывался среднийкоэффициентшероховатости,учитывающийшероховатостьданногопокрытия и исследуемого геомата, после чего вычислялся коэффициентшероховатости исследуемого покрытия.3.Наименьшее значение коэффициента шероховатости = 0,0162было рассчитано формуле Гангилье-Куттера, расчёт расхода воды в канале сего использованием даёт завышенное значение. Наибольшее значениекоэффициента шероховатости = 0,0175, было получено по формулеМаннинга. При расчёте коэффициента шероховатости по зависимостипредложенной Н.П. Павловским получилось значение = 0,0170.4.Для покрытия, выполненного из геомата, заполненного щебнем ибитум-полимернымвяжущим,рекомендуетсяприменятькоэффициентшероховатости = 0,0175 рассчитанный по формуле Маннинга.5.Исследования пульсационного воздействия потока на защитноепокрытие показали, что при расположении покрытия на дне или откосе, вшироком диапазоне расходов не существует опасности возникновенияпульсационногодавленияпотокананижнююповерхностьковра,превосходящего давление на его верхнюю поверхность.
Водный потококазывает дополнительное пригрузочное гидродинамическое давление напокрытие.110ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХХАРАКТЕРИСТИК И ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕНИЯ ГЕОМАТА, СЗАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ ЩЕБНЯ И БИТУМ-ПОЛИМЕРА4.1. Исследование фильтрационных характеристик материалаПод действием разности напоров через исследуемый материал проходитсплошной поток воды по всему сечению активных пор, исходя из этого можносделать вывод, что материал является водопроницаемым. Для определенияфильтрационных характеристик рассматриваемого материала изучалось дварежима течения воды напорный и свободный. Необходимость изучения этихрежимов связанно с тем, что при укладке защитного покрытия на откос понему будет скатываться поток воды, возникший из-за дождя или талых вод,так же на покрытие будут воздействовать волны, образовавшиеся из-затечения воды в канале, от ветрового нагона и прочих факторов.Образовавшиеся потоки воды будут проходить через защитное покрытие, вместах, где покрытие находиться ниже уровня воды, будет происходитьнапорная фильтрация, а в той части, где оно находиться выше уровня воды,будет происходить свободная фильтрация.
Как правило, большинствораспространенных методик по определению коэффициента фильтрациирассчитанынагрунтыисыпучиематериалы.Дляисследованияфильтрационных характеристик тонкого противоэрозионного покрытияпредлагается рассмотреть фильтрацию в нескольких слоях исследуемогоматериала.Для определения напорной фильтрации исследуемый материал,помещённый в цилиндр прибора, находился ниже поверхности воды вводоотводящем резервуаре, а для определения свободной фильтрацииисследуемый материал находился выше поверхности виды, на такомрасстоянии, чтобы профильтровавшаяся вода могла свободно попадать вводоотводящий резервуар.111Основной целью при расчёте фильтрационных характеристик потока,является нахождение скорости и расхода.
Определение коэффициентафильтрации выполнялось лабораторным методом [106], который основан наисследовании скорости потока воды, проходящего через изучаемый образец,при различных градиентах напоров [14]. Для измерения фильтрационныххарактеристик использовался прибор. В прибор было уложено 8 слоёвисследуемого материала. Размер каждого слоя в плане составлял 100х100 мми толщина 22 мм. Для предотвращения фильтрации через пустыепространства, между стенкой цилиндра фильтрационной установки иматериалом,поторцамкаждогослоявыполняетсягерметизациягидроизолирующим материалом. Через слои исследуемого материала, припостоянном напоре, фильтровалась вода. Напор над исследуемым материаломизмерялся при помощи линейки.
Подача воды в цилиндр осуществлялась спомощью шланга с регулируемым расходом, что позволило определитьфильтрационные характеристики при напорах от 53 до 322,9 мм, чемусоответствовали градиенты давления для исследованного пакета образцов от43 до 512 мм, температура подаваемой воды составляла 10℃. Вода,профильтровавшаяся через исследуемый материал, попадала в поддонрезервуар с треугольным мерным водосливом, с помощью которого можноопределить расход фильтрующейся воды см3 /с.4.2. Методика расчёта коэффициента фильтрацииКоэффициент фильтрации — это скорость фильтрации при напорномградиенте равном единице [14], он как правило зависит от размера, форм игеометрии пор исследуемого материала.Расходпрофильтровавшейсяводыпропорционаленплощадипоперечного сечения.
Так как площадь поперечного сечения цилиндра, вкотором располагались образцы исследуемого покрытия, на всём протяжениифильтрационного пути была одинаковой, то расход воды можно определитьпри помощи треугольного водослива с тонкой стенкой. Расход воды,112проходящий в единицу времени через треугольный водослив с углом = 90°,можно определить по формуле: = ∙ , (см /с),(4.1)где: – напор на треугольном водосливе.Напор на треугольном водосливе определялся с помощью линейки,порог водослива имел высоту 4 см.Для определения скорости фильтрации ф см/с использовалась формула[11]:ф = см( ), с(4.2)где – площадь поперечного сечения потока воды, = 100 см2 .Для нахождения местной скорость фильтрации используется законДарси, который выражает зависимость скорости фильтрации флюида отградиента напора:(4.3) = ∙ ,где: – коэффициент фильтрации; – градиент напора (гидравлический уклон).Использование формулы Дарси возможно, когда условное числоРейнольдса ≤ 5, что соответствует ламинарной фильтрации, котороенаходится по формуле: =ф ∙ ,√ ∙ (4.4)где: ф – скорость фильтрации; – эффективный диаметр (фракция); – коэффициент пористости – отношение объёма открытых пор кобъему образца; – коэффициент кинематической вязкости жидкости.Для исследуемого материала невозможно определить число Рейнольдса,поскольку нельзя исследовать параметры материала, определяющие это число.В крупнозернистых материалах, таких как щебёнка или гравий, закон Дарсиможетсущественнонарушаться.Приданныхобстоятельствах,для113определения средней скорости фильтрации ф , воспользуемся формулой дляобщего случая:ф =,(4.5)Скорость фильтрации описывается степенным уравнением [28]:ф = ∙ ,(4.6) = 1 – при ламинарном режиме фильтрации.Пьезометрический уклон представляет отношение потерь напора, подлине фильтрационного потока, к длине пути фильтрации и определялся поформуле:,+ =,+= − +,,+(4.7)где: и +1 – показания пьезометров и + 1;,+1 – расстояние между точками присоединения пьезометров и + 1.Для расчёта коэффициента фильтрации воспользуемся следующимиформулами [85]:- формула в общем виде:=ф,(4.8)- ламинарный режим фильтрации:=ф,(4.9)4.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
