Диссертация (1172908), страница 12
Текст из файла (страница 12)
На рисунке 2.16 представлены характерные кадры видеосъемкиполного разрушения резервуара с образованием волны и ее перехлестом черезземляное обвалование в соответствующие моменты времени.В таблице 2.1 приведены результаты измерений основных параметровпотока при разрушении натурного резервуара, а также вычислений по формулам(2.13), (2.16) соответствующих критериев подобия.Таблица 2.1 – Параметры потока при разрушении РВС-700 м3 с водойи соответствующие критерии подобияlн, м6,09,012,014,516,0tн, с0,5330,7331,2001,6002,000uн, м/с11,2512,2710,009,068,00Frн12,9015,3510,198,376,52Shн6,009,0012,0014,5016,0071№ кадра 226lн = 6,0 мtн = 0,533 c№ кадра 232lн = 9,0 мtн = 0,733 c№ кадра 246lн = 12,0 мtн = 1,200 c№ кадра 258lн = 14,5 мtн = 1,600 c№ кадра 270lн = 16,0 мtн = 2,000 cРисунок 2.16 – Характерные кадры видеосъемки полного разрушения РВС-700 м3с водой в соответствующие моменты времени72Следует отметить, что при вычислении критериев подобия (см.
таблицу 2.1)в качестве характерного линейного размера принята ширина потока в 1 м, так какустановить на кадрах видеосъемки высоту потока на соответствующих расстояниях от стенки резервуара не представлялось возможным вследствие его сильнойтурбулентности. При этом прослеживалось, что на рассматриваемом участке потрассе растекания параметры потока на принятой ширине практически остаютсянеизменными.Таким образом, представленные в таблице 2.1 значения параметровпотока и соответствующих критериев подобия при разрушении натурного резервуара типа РВС-700 м3 с водой могут быть приняты в качестве исходных данныхдля проведения сравнительного анализа с одноименными величинами при изучении волнового процесса на лабораторном стенде при разрушении модельногорезервуара.
При удовлетворительной сходимости этих величин можно будет сделать вывод о подобии волновых процессов в натуре и на модели и, следовательно,о достоверности результатов лабораторных экспериментов.2.2.2 Оценка параметров потока при численном моделировании процессаразрушения натурного резервуара номинальным объемом 30000 м3С целью возможности использования разрабатываемого лабораторногостенда для нахождения оптимальных геометрических параметров защитныхстенок резервуаров номинальным объемом до 30000 м3, как наиболее широкораспространенных на объектах НГО, было выполнено численное моделированиепроцесса разрушения типового РВС-30000 м3 с водой в программном комплексеLSDYNA.
Подробное описание модели, в основе которой лежит численное решение систем уравнений гидродинамики и уравнений деформируемого твердоготела в связанной пространственной постановке, представлено, в частности,в работах [9], [65], [66].73На рисунке 2.17 представлены характерные кадры при моделировании процесса разрушения рассматриваемого типа резервуара (внутренний диаметр 45,6 м;высота стенки 18,0 м; степень заполнения 0,95; уровень жидкости 17,1 м [42]).tн = 0,0 ctн = 2,6 ctн = 3,6 ctн = 4,6 ctн = 5,6 cРисунок 2.17 – Характерные кадры течения воды при моделированиипроцесса разрушения РВС-30000 м374Фиксация основных параметров потока (hн, uн) в определенный моментвремени от начала разрушения резервуара (tн) проводилась соответственнона расстояниях lн = 10, 15, 20, 25 и 30 м по трассе растекания от стенки резервуарана постоянной высоте в 1,3 м от нулевой отметки.
В таблице 2.2 приведенырезультаты измерений основных параметров потока при разрушении натурногорезервуара, а также вычислений по формулам (2.13), (2.16) соответствующихкритериев подобия.Таблица 2.2 – 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/с12,2010,8012,9011,6012,4010,2012,6011,6013,0011,40Frн5,064,577,716,868,717,5810,7910,1613,2511,04Shн10,5714,9518,1823,7832,3841,5338,6448,1245,0052,25Таким образом, представленные в таблице 2.2 значения параметровпотока и соответствующих критериев подобия при разрушении натурного резервуара типа РВС-30000 м3 с водой, могут быть приняты в качестве исходныхданных для проведения сравнительного анализа с одноименными величинамипри изучении волнового процесса на лабораторном стенде при разрушениимодельного резервуара.
При удовлетворительной сходимости этих величинтакже можно будет сделать вывод о подобии волновых процессов в натуре и намодели и, следовательно, о достоверности результатов лабораторных экспериментов. Кроме этого, можно будет сделать вывод о возможности проведенияэкспериментов на лабораторном стенде и с другими модельными резервуарамив диапазоне изменения номинального объема натурных резервуаров от 700до 30000 м3.752.3 Разработка лабораторного стенда для определения геометрическихпараметров ограждений резервуаров типа «стакан в стакане»С целью возможности проведения экспериментов по удержанию волныпрорыва защитной стенкой, установленной на различных расстояниях от основного резервуара типа «стакан в стакане», с учетом обоснованных критериев подобия и условий моделирования гидравлических явлений (см.
раздел 2.2), былразработан лабораторный стенд, принципиальная схема которого представленана рисунке 2.18 [104]–[106].91081171263145413211615Рисунок 2.18 – Принципиальная схема лабораторного стенда для исследованиягеометрических параметров ограждений резервуаровОсновой лабораторного стенда является каркас 1, конструктивно выполненный из стального профиля прямоугольной формы, с общими габаритными размерами В×Ш×Г: 0,9×1,6×1,1 м.76В качестве столешницы используется поддон 2, конструктивно выполненный из нержавеющей стали, с высотой борта 0,05 м. В углу поддона смонтированасливная арматура для удаления воды в систему канализации 16 после проведенияэксперимента. Для предотвращения перелива воды за борта поддона при проведении эксперимента, с внутренней их стороны по периметру установлены экраныиз прозрачного органического стекла 3, высотой 0,025 м.
Непосредственно в поддоне 2 на жестко закрепленных к нему четырех регулируемых вручную по высотеопорах из нержавеющей стали установлено основание 4, конструктивно выполненное из листового алюминия, толщиной 0,01 м. В это основание встроены двапузырьковых горизонтальных уровня, а также уплотнительное резиновое кольцо5, на которое под давлением, создаваемым поршнем 10, устанавливается модельный резервуар 7. С целью идентичности воспроизведения разрушения стенокнатурного резервуара, непосредственно перед проведением каждого опыта,внутрь модельного резервуара устанавливается вкладка из монолитного поликарбоната 14, толщиной 0,0006 м и высотой 0,3 м, которая плотно прижимаясь кстенкам модельного резервуара, повторяет его оболочку.
Разрушение модельногорезервуара имитируется посредством его резкого поднятия поршнем, к штокукоторого на болтовом соединении прикреплены три направляющие 9, жесткозакрепленные на обечайке резервуара. Поршень жестко закреплен на раме 8,которая также имеет жесткое соединение с каркасом лабораторного стенда 1.Высота рамы подобрана таким образом, чтобы при поднятии поршнем модельного резервуара, установленный внутри него лист монолитного поликарбоната свободно раскрывался на 180о под действием гидростатического напора воды, моделируя разрушение резервуара.
Нагнетание воздуха в поршень обеспечивает воздушный поршневой компрессор с ресивером 15, размещенный на площадке каркаса лабораторного стенда. 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 экспериментом.77В качестве защитных стенок используются стальные цилиндрические обечайки 13, имеющие с внутренней стороны выступы с прорезями для болтовогосоединения с основанием 4. При постоянной высоте в 0,3 м обечайки имеют различный диаметр (от 0,45 до 0,55 м), что позволяет их устанавливать на необходимом для изучения расстоянии от модельного резервуара.
В качестве натурногообъекта, как уже отмечалось, был выбран резервуар типа РВС-700 м3 (внутреннийдиаметр 10,4 м; высота стенки 9,0 м; степень заполнения 0,95; уровень жидкости8,55 м). Масштаб моделирования был принят равным 1:30, при этом параметрымодельного резервуара 7 составили: внутренний диаметр 0,35 м; высота стенки0,3 м; степень заполнения 0,95; уровень жидкости 0,285 м).Таким образом, модельный резервуар, предназначенный для гидродинамических опытов (многократного воспроизведения процессов и явлений, имеющихместо при разрушении натурных РВС), обеспечивал: герметичность конструкциипри заполнении ее водой; имитацию разрушения РВС по вертикальному швусо свободным раскрытием стенок резервуара под действием напора жидкостина 180°; образование волны и ее воздействие на защитные стенки.
Общий видлабораторного стенда показан на рисунке 2.19.Рисунок 2.19 – Общий вид лабораторного стенда с модельным резервуароми защитной стенкой782.3.1 Оценка параметров потока при разрушении резервуара в масштабе 1:30к натурному резервуару номинальным объемом 700 м3С целью подтверждения возможности проведения экспериментов на разработанном лабораторном стенде по изучению влияния волны прорыва на защитную стенку резервуаров типа «стакан в стакане» выполнена серия опытов по свободному истечению потока жидкости (без защитной стенки) при разрушениирезервуара, выполненного в масштабе 1:30 к натурному РВС-700 м3.Методика проведения экспериментов заключалась в следующем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
