Диссертация (1172908), страница 14
Текст из файла (страница 14)
На рисунке 2.23 показан общий вид изготовленной трубки и гидрометрической микровертушки.a)б)Рисунок 2.23 – Общий вид динамической трубки (а) и гидрометрическоймикровертушки (б) для измерений скорости потока жидкостив лабораторных условияхИзмерение скорости жидкости проводилось на участке трубопроводадлиной 1 м и диаметром 0,05 м. С одной стороны трубопровода была установленазаглушка, а в верхней его части смонтирован шаровой Г-образный кран, подключенный к системе центрального водоснабжения. Посредством плавного открывания крана в трубопровод подавалась вода, создавая поток глубиной hтр = 0,010,0,015, 0,020 и 0,025 м соответственно.
Свободно вытекающая с другой сторонытрубопровода вода попадала в приемный лоток и далее в систему канализации.86В верхней центральной части корпуса трубопровода заранее было выполнено окошко размером 0,1×0,03 м, куда поочередно в центр создаваемого потокаустанавливались микровертушка и трубка.Принцип действия датчика ГМЦМ основан на электролитическом способеформирования импульсов. Между двумя электродами, погруженными в водныйпоток, вращается лопастной винт, изменяя электрическое сопротивление цепи.Импульсы напряжения подаются в регистрирующее устройство для обработки.Регистрирующее устройство состояло из блока формирования импульсов, блоказадания коэффициентов градуировочного уравнения, тактового генератора, блокауправления и вычисления, блока счета и дешифрации, блока индикации. Регистрирующее устройство было специально адаптировано к условиям проводимыхэкспериментов.
Принимая во внимание номер используемого лопастного винта(№ 84), а также градуировочный штекер, соответствующий времени осреднения(2 с), использовалась следующая формула для определения скорости потока [109]:uГМЦМ =0,0378n+0,0166 ,(2.20)где n = N/∆T, N – показания цифрового индикатора регистрирующегоприбора (число импульсов);∆Т = 2,0 с – время осреднения.В таблице 2.5 представлены результаты измерений средней скорости потокав трубе микровертушкой и трубкой, а также вычисленный коэффициент (K).Таблица 2.5 – Результаты измерений средней скорости потока воды в трубемикровертушкой и динамической трубкойhтр,м0,0100,0150,0200,025Измерения ГМЦМN,об.18224251uГМЦМ, м/с(по ф-ле 2.20)0,3570,4320,8100,981* без учета K; ** с учетом K = 0,972Измерения трубкойHТР,uТР, м/с*м(по ф-ле 2.19)0,0070,3710,0100,4430,0350,8290,0521,010Среднее значениеK=uГМЦМuТР0,9630,9760,9780,9710,972uТР, м/с**(по ф-ле 2.19)0,3600,4310,8050,98287Методика проведения экспериментов во второй серии опытов по оценкеместной скорости потока тарированной трубкой в целом аналогична методикеоценки высоты потока, описанной выше.
При этом вместо стенки по трассе растекания потока на соответствующих расстояниях lм от стенки модельного резервуара при неизменной высоте в 0,01 м (1,3 м для натурного резервуара) устанавливалась трубка. Процесс также снимался цифровой фотокамерой. Полная раскадровка видеороликов позволяла устанавливать начальный кадр разрушения модельного резервуара с образованием волны прорыва, а также фиксацию в соответствующий момент времени значения скоростного напора на соответствующих участкахпотока. На рисунке 2.24 представлены характерные фрагменты измеренийтрубкой скоростного напора на соответствующих участках по трассе растеканияпотока при разрушении модельного резервуара.lм = 0,077 мtм = 0,228 сHтр = 0,075 мlм = 0,115 мtм = 0,272 сHтр = 0,083 мlм = 0,154 мtм = 0,412 сHтр = 0,079 мlм = 0,192 мtм = 0,404 сHтр = 0,084 мlм = 0,231 мtм = 0,482 сHтр = 0,059 мРисунок 2.24 – Характерные фрагменты измерений трубкой скоростного напорана соответствующих участках по трассе растекания потокаДалее, используя формулу (2.19), находили соответствующую местнуюскорость потока.
В таблице 2.6 представлены результаты обработки экспериментальных данных, а также численные значения соответствующих критериевподобия.88Таблица 2.6 – Параметры потока при разрушении резервуара в масштабе 1:130к натурному РВС-30000 м3 и соответствующие критерии подобияlм, м0,0770,1150,1540,1920,231tм, с0,2280,3160,2720,3600,4120,5000,4040,4910,3950,482hм, м0,0250,0240,0190,0170,0160,0140,0130,0120,0110,009uм, м/с1,1791,1031,2411,1531,2121,0901,2461,1751,2261,050Frм5,645,268,327,849,538,5712,5812,0913,9311,92Shм10,7014,7817,8923,9931,8038,5539,9949,6243,9953,72Reм2964625998233931992819046154221566113658134869899Сравнительный анализ критериев подобия, полученных в результате обработки данных при численном моделировании процесса разрушения РВС-30000 м3(натурный опыт) и при лабораторных исследованиях на модели рассматриваемогорезервуара в масштабе 1:130, представлен в таблице 2.7.Таблица 2.7 – Сравнительная характеристика критериев подобияlн, м1015202530Натурный опыт(см.
таблицу 2.2)Frн5,064,577,716,868,717,5810,7910,1613,2511,04Shн10,5714,9518,1823,7832,3841,5338,6448,1245,0052,25Лабораторный эксперимент(см. таблицу 2.6)lм, мFrмShм5,6410,700,0775,2614,788,3217,890,1157,8423,999,5331,800,1548,5738,5512,5839,990,19212,0949,6213,9343,990,23111,9253,72Анализ данных, представленных в таблице 2.7, также позволяет сделатьобщий вывод о тождественности критериев подобия (Frм ≈ Frн = idem;Shм ≈ Shн = idem), следовательно, поток, образующийся при разрушении модельного резервуара является подобным натурному потоку.89Из данных, приведенных в таблице 2.6 видно, что числа Рейнольдсав рассматриваемом диапазоне изменения параметров модельного потока большекритического значения (Reм Reкр = 10000), следовательно модельный потоктакже как и натурный находится в турбулентном состоянии.Наименьший допустимый масштаб модели, исходя из зависимости (2.18),составляет:λмин (30 50) 3 uн2hн2 30 3 11,42 1,22 172 .Таким образом, условие масштаба моделирования соблюдается.Вследствие того, что скорость потока воды при проведении экспериментовна лабораторном стенде (см.
таблицу 2.6) более чем в 4,5 раза превышала критическое значение, равное 0,23 м/с, то можно утверждать о несущественном влиянии сил поверхностного натяжения и отсутствии необходимости увеличиватьмасштаб модели, то есть условие волнообразования соблюдается.Таким образом, соблюдение выше рассмотренных критериев подобияи условий моделирования гидравлических явлений позволяет сделать общийвывод о том, что изучаемый процесс находится в автомодельной области, а разработанный лабораторный стенд может использоваться для нахождения оптимальных геометрических параметров защитной стенки резервуаров номинальнымобъемом до 30000 м3.90ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОГРАЖДЕНИЙРЕЗЕРВУАРОВ ТИПА «СТАКАН В СТАКАНЕ»3.1 Обоснование масштабных коэффициентов для модельных резервуарови защитных стенокВ предыдущей главе настоящей работы сделан общий вывод о том, что разработанный лабораторный стенд может использоваться для нахождения оптимальных геометрических параметров ограждений для резервуаров номинальнымобъемом от 700 до 30000 м3.
Учитывая требования ГОСТ 31385-2016 «Резервуарывертикальные цилиндрические стальные для нефти и нефтепродуктов. Общиетехнические условия» [42] к геометрическим параметрам типовых резервуаров,были найдены масштабные коэффициенты для соответствующих модельныхрезервуаров. При этом, исходя из конструктивных особенностей основногомодельного резервуара на лабораторном стенде, связанных с невозможностьюизменять его диаметр (0,35 м), условия геометрического подобия обеспечивалисоответствующим уровнем жидкости в этом резервуаре.
Результаты оценкимасштабных коэффициентов представлены в таблице 3.1.Таблица 3.1 – Масштабные коэффициенты для модельных резервуаровНоминальный Внутреннийобъем натурногодиаметр,3РВС, мм70010,43200015,18500020,921000028,502000039,903000045,60Высотастенки,м9,0012,0015,0018,0018,0018,00Масштабныйкоэффициентλl30436081114130Уровень жидкостив модельномрезервуаре, м0,300,280,250,220,160,1491Кроме этого, в результате анализа действующих нормативных документовв области обеспечения промышленной безопасности РВСЗС, представленногов разделе 1.3 настоящей работы, было установлено, что минимальное расстояниеот стенки внутреннего резервуара до защитной стенки должно составлятьне менее 1,5 – 1,8 м, при этом требования к максимальному значению этогорасстояния не предъявляются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
