Автореферат (1172907), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Так, имея в наличии видеоролик продолжительностью 90 с, былапроизведена его полная раскадровка (2700 кадров). Далее, на трассе растеканияпотока от стенки резервуара были выбраны характерные участки соответственнодлиной lн = 6, 9, 12, 14,5 и 16 м. По достижению фронтом волны соответствующего участка определяли количество кадров, что, в конечном счете, даваловозможность оценить время и скорость фронта волны (рисунок 1), а такжевычислить по формулам (1) и (2) критерии подобия (таблица 1).кадр 226lн = 6,0 мtн = 0,533 cкадр 270lн = 16,0 мtн = 2,000 cкадр 246lн = 12,0 мtн = 1,200 cРисунок 1 – Характерные кадрывидеосъемки полного разрушенияРВС-700 м3 с водой в соответствующиемоменты времениТаблица 1 – Параметры потока при разрушении РВС-700 м3 с водойи соответствующие критерии подобияl н, м6,09,012,014,516,0tн , с0,5330,7331,2001,6002,000uн, м/с11,2512,2710,009,068,00Frн12,9015,3510,198,376,52Shн6,009,0012,0014,5016,00С целью обоснования возможности использования разрабатываемоголабораторного стенда для нахождения оптимальных геометрических параметров защитных стенок резервуаров номинальным объемом до 30000 м3, какнаиболее широко распространенных на объектах НГО, выполнено численноемоделирование процесса разрушения типового РВС-30000 м3 с водой в программном комплексе для инженерных расчетов LSDYNA (рисунок 2).
Фиксацияосновных параметров потока (hн, uн) в определенный момент времени от началаразрушения резервуара (tн) проводилась соответственно на расстояниях lн = 10,15, 20, 25 и 30 м по трассе растекания от стенки резервуара на постояннойвысоте в 1,3 м от нулевой отметки.11tн = 0,0 ctн = 5,6 cРисунок 2 – Характерные кадрытечения воды при моделированииразрушения РВС-30000 м3(диаметр 45,6 м; высота стенки 18,0 м;степень заполнения 0,95;уровень жидкости 17,1 м)tн = 2,6 cВ таблице 2 приведены результаты измерений параметров потока приразрушении резервуара, а также вычислений по формулам (1) и (2) соответствующих критериев подобия.Таблица 2 – Параметры потока при разрушении РВС-30000 м3 с водойи соответствующие критерии подобияlн, м1015202530tн, с2,603,603,104,104,705,704,605,604,505,50hн, м3,002,602,202,001,801,401,501,351,301,20uн, м/с12,2010,8012,9011,6012,4010,2012,6011,6013,0011,40Frн5,064,577,716,868,717,5810,7910,1613,2511,04Shн10,5714,9518,1823,7832,3841,5338,6448,1245,0052,25Для проведения экспериментов по удержанию волны прорыва защитнойстенкой, установленной на различных расстояниях от стенки основного резервуара, с учетом обоснованных критериев подобия и соблюдения условий моделирования гидравлических явлений, разработан лабораторный стенд, принципиальная схема которого показана на рисунке 3.Основой лабораторного стенда является каркас 1, конструктивно выполненный из стального профиля прямоугольной формы, с общими габаритнымиразмерами В×Ш×Г: 0,9×1,6×1,1 м.
В качестве столешницы используется поддон 2,конструктивно выполненный из нержавеющей стали, с высотой борта 0,05 м.В углу поддона смонтирована сливная арматура для удаления воды в системуканализации 16 после проведения эксперимента. Для предотвращения переливаводы за борта поддона с их внутренней стороны по всему периметру установлены экраны из прозрачного органического стекла 3, высотой 0,025 м.12Непосредственно в поддоне 2 нажестко прикрепленных к нему четырехрегулируемых вручную по высоте опорах из нержавеющей стали установленооснование 4, конструктивно выполненноеиз листового алюминия, толщиной 0,01 м.В это основание встроены два пузырьковых горизонтальных уровня, а такжеуплотнительное резиновое кольцо 5, накоторое под давлением, создаваемымпоршнем 10, устанавливается модельный резервуар 7.
Для идентичностивоспроизведения разрушения стенокнатурного резервуара, непосредственноперед проведением каждого опыта,внутрь модельного резервуара устанавливается вкладка из монолитного поликарбоната 14, толщиной 0,0006 мРисунок 3 – Принципиальная схемаи высотой 0,3 м, которая плотно прилабораторного стендажимаясь к стенкам модельного резервуара, повторяет его оболочку.Разрушение модельного резервуара имитируется посредством его резкогоподнятия поршнем, к штоку которого на болтовом соединении прикрепленытри направляющие 9, жестко закрепленные на обечайке резервуара. Поршеньжестко закреплен на раме 8, которая также имеет жесткое соединение с каркасомлабораторного стенда 1.
На раме 8 установлены манометр с датчиками давления 11 и кнопки управления 12, посредством нажатия которых возможно осуществлять резкий подъем модельного резервуара при проведении экспериментаи его плавное опускание на уплотнительное резиновое кольцо с целью созданиягерметичности при заполнении его из шланга 6 водой перед проведением эксперимента. В качестве защитных стенок используются стальные цилиндрические обечайки 13, имеющие с внутренней стороны выступы с прорезями дляболтового соединения с основанием 4. При постоянной высоте в 0,3 м обечайкиимеют различный диаметр (от 0,45 до 0,55 м), что позволяет их устанавливатьна необходимом расстоянии от резервуара. В качестве натурного выбран резервуартипа РВС-700 м3 (диаметр 10,4 м; высота стенки 9,0 м; степень заполнения 0,95;уровень жидкости 8,55 м). Масштаб моделирования принят равным 1:30, приэтом параметры модельного резервуара 7 составили: внутренний диаметр 0,35 м;высота стенки 0,3 м; степень заполнения 0,95; уровень жидкости 0,285 м.Для подтверждения возможности проведения экспериментов на лабораторном стенде по изучению влияния волны прорыва на защитную стенкурезервуаров типа «стакан в стакане» выполнена серия опытов по свободномуистечению потока жидкости (без защитной стенки) при разрушении резервуара.13Методика проведения экспериментов заключалась в следующем.
В ресиверекомпрессором создавалось давление в 4 кг/см2. С помощью кнопок управлениярезервуар под этим давлением поршнем опускался на уплотнительное резиновоекольцо, обеспечивая герметичность конструкции. Внутрь резервуара устанавливалась вкладка из монолитного поликарбоната. Резервуар заполнялся водойдо уровня 0,285 м, при этом вкладка плотно прижималась к стенкам резервуара,повторяя его оболочку. В ресивере компрессором создавалось давление в 6 кг/см2.С помощью кнопок управления резервуар под этим давлением поршнем резкоподнимался вверх при этом, под гидростатическим давлением столба воды, вставкараскрывалась на 180о, имитируя разрушение стенок резервуара с образованиемволны прорыва и ее свободным истечением.
Выравнивание основания лабораторного стенда относительно горизонта выполнялась с помощью встроенных в негодвух пузырьковых уровня с точностью 0,057° = 1 мм на 1 м каждый. Уровень водыв резервуаре измерялся линейкой с точностью 0,001 м. Процесс образования ираспространения волны прорыва по трассе растекания регистрировался цифровойфотокамерой марки Nikon 1J1, позволяющей создавать 5-ти секундные видеоролики с замедленной съемкой формата HVGA 640х240/400 кадров/с (рисунок 4).кадр 660lн = 0,3 мtн = 0,138 cкадр 750lн = 0,533 мtн = 0,363 cкадр 690lн = 0,4 мtн = 0,213 cРисунок 4 – Характерные кадрывидеосъемки разрушения резервуарав масштабе 1:30 к натурному РВС-700 м3в соответствующие моменты времениВ результате выполненных экспериментов были получены следующиеданные (таблица 3), необходимые для сравнительного анализа с аналогичнымиданными, полученными при проведении натурного опыта (см.
таблицу 1).Таблица 3 – Параметры потока при разрушении резервуара в масштабе 1:30к натурному РВС-700 м3 и соответствующие критерии подобияlм, м0,2000,3000,4000,4830,533tм, с0,0980,1380,2130,2930,363uм, м/с2,0512,1821,8821,6521,471Frм13,0014,7010,958,436,6914Shм6,069,0912,1214,6516,16Reм6769272000621185453048552С целью подтверждения возможности использования стенда для изучениявлияния волны на защитную стенку резервуаров объемом до 30000 м3 былатакже выполнена серия опытов по свободному истечению потока (без защитнойстенки) при разрушении резервуара, выполненного в масштабе 1:130 (предельный для данной конструкции стенда масштаб) к натурному РВС-30000 м3.
Приэтом условие геометрического подобия обеспечивали соответствующим уровнем жидкости в модельном резервуаре. С учетом заполнения натурного резервуара на 95 % (уровень жидкости 17,1 м) в масштабе 1:130 уровень жидкостив модельном резервуаре составит 0,132 м.Методика проведения экспериментов по оценке высоты потока заключалась в следующем. На основании стенда непосредственно от стенки модельногорезервуара по трассе растекания потока обустраивалась вертикальная стенка,конструктивно выполненная из листового алюминия высотой 0,3 м и длиной0,5 м.
Стенка имела толщину 0,0005 м, что не препятствовало при проведенииопытов прохождению вдоль нее потока. Для фиксации высоты потока в соответствующие моменты времени на стенку предварительно была нанесена миллиметровая разметка с выделенными участками на расстояниях lм = 0,077,0,115, 0,154, 0,192 и 0,231 м, соответствующих в выбранном масштабе моделирования расстояниям lн.
Далее последовательность проведения экспериментованалогична, описанной выше (рисунок 5).кадр 1041 tм = 0,228 cкадр 1146 tм = 0,491 cкадр 1076 tм = 0,316 cРисунок 5 – Характерные кадры теченияжидкости при разрушении резервуарав масштабе 1:130 к натурному РВС-30000 м3в соответствующие моменты времениДля измерения местной скорости на соответствующих участках трассырастекания потока использовалась специально изготовленная и тарированнаядинамическая трубка Пито, представляющая собой Г-образную трубку, выполненную из органического стекла с наружным диаметром 0,007 м и толщинойстенки 0,001 м. Вертикальная часть трубки имела высоту 0,3 м, а участоктрубки загнутый под углом 90º имел длину 0,07 м.В результате выполненных экспериментов получены следующие данные(таблица 4), необходимые для сравнительного анализа с аналогичными данными,полученными при проведении численного моделирования (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
