CC BY
34
Ляпота Т.Л.
Доцент; кандидат технических наук, доцент, Новочеркасская государственная мелиоративная академия ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТОКА В ЭРЛИФТНОМ РЫБОПОДЪЁМНИКЕ
Аннотация
Получены зависимости, позволяющие определять необходимое количество воздуха и давление для достижения заданной производительности эрлифта, применяемого в рыбозащитном устройстве при его известных геометрических размерах.
Ключевые слова: эрлифтный рыбоподъёмник, водовоздушная смесь, эрлифт, высота подъёма воды, расход воды.
Lyapota T.L.
Lecturer; candidate of technical science, Novocherkassk state meliorative academy STREAM CHARACTERISTICS IN THE AIRLIFT FISH HOIST
Abstract
The dependences are received, allowing to define necessary quantity of air and pressure for achievement of the set productivity airlift, applied in fish protection the device at its known geometrical sizes.
Keywords: airlift fish hoist, a water air mix, эрлифт, height of rising of water, the water expense.
В работающем подъемнике совершается полезная работа по перемещению жидкости от первоначального уровня до уровня излива. На выполнение этой работы расходуется только часть энергии рабочего агента, оставшаяся часть расходуется на работу по перемещению самого агента против силы тяжести и на преодоление гидравлических сопротивлений движению смеси.
Для нахождения полной работы, производимой силами, действующими в эрлифте, используются уравнения движения в виде баланса давлений, работы или напоров, предложенные В.Г. Багдасаровым [1], Г. Уоллисом [2], Л.В. Пороло [3].
Использование предложенных балансовых уравнений расчета эрлифтных установок затруднительно из-за значительного количества неизвестных, среди которых объем теряемой жидкости на “утечки”, истинное объемное газосодержание, коэффициенты трения смеси и т. д., величины которых можно вычислять лишь приблизительно, т.к. строгих аналитических методов расчета для широкого диапазона режимных параметров газожидкостного потока нет.
Чтобы получить возможность решения таких уравнений, используют различного рода упрощения (не учитывают влияние потерь напора (давления) на входе смеси в подъемник, потери напора на приращение скорости смеси определяются по средней ее скорости, не учитываются потери энергии на “скольжение” газа), что вносит погрешности в результаты расчета. Если такие упрощения приемлемы для расчета промышленных эрлифтов со значительной высотой подъема, то для воздушных подъемников, используемых в РЗС с высотой подъема несколько метров, пренебрежение местными потерями напора, которые по своему значению близки к потерям на трение, неприемлемо из-за значительных отклонений практических замеров с теоретическими результатами, полученными расчетным путем.
Рассмотрим работу эрлифта с использованием объемных расходов компонентов водовоздушной смеси. Допустим, что при установившемся режиме работы объемные расходы компонентов смеси во всех сечениях подъемной трубы соответствуют средним объемным расходам этих компонентов за какой-то промежуток времени. В данном случае, в единицу времени через каждое сечение трубы будут одновременно проходить некоторые объемы воздуха (Qg), воды (Qf), поднимающиеся вверх, и объем воды, теряемой при подъеме (Qs) под влиянием силы тяжести. Давление, действующее в подъемной трубе, является переменной величиной. Следовательно, изменение давления в различных сечениях трубы будет сказываться на объемном расходном газосодержании и на зависимых от этого расхода объемных расходах воды. Поэтому объемные расходы воды, как и воздуха, можно рассматривать как некоторые функции давления, действующего в данном сечении трубы.
Совершаемую элементарную работу при перемещении таких переменных объемов в подъемной трубе на элементарную высоту dH под воздействием перепада давления dP можно выразить уравнением
AL = (Qg + Qf - Qs )dP
'g ■ — . (1)
Интегрируя данное уравнение в пределах перепада давлений от Р1 до P4, получим полную работу, совершаемую при движении водовоздушной смеси в эрлифте. Выразим входящие в уравнение (1) переменные величины через постоянные, которыми для установившегося режима работы подъемника будут расходы воздуха в устье Qg4 и воды Qf. Учитывая, что средний объемный расход поднимаемой воды в рассматриваемом сечении трубы отличается от расхода в устье на величину, теряемую в данном сечении за счет стекающей воды через это же сечение, имеем
Qf - Qf + Qs
(2)
Так как расширение воздуха в подъемной трубе эрлифта происходит по изотермическому процессу, отвечающему уравнению )
Qg 4 • P4
PVg = const, то
Qgo -
р
o . (3)
Подставляя эти значения в уравнение (1) и выполнив интегрирование, получаем формулу для определения полной работы, совершаемой в эрлифте
P
Qg 4 P
P
P
L„ - dP + J (Qf + Os )dP - j Q,dP - Og4 • P4 (ln p - ln P„) +
P
P
P
+ QsPl - QsP4 - QsPl + QsP4 - Qg4P4 ln^f + Qf (Pi - P4 )
P
Hgp
(4)
P4 -ln P
P - P P в
Заменив P1 - P4 на f и обозначив выражение 144 через ^ , коэффициент, отражающий
действительный средний удельный расход энергии воздуха в эрлифте, после преобразований получим
106
L =
Qg4 ' P1
Pi - P4 P
ln-f + Q
f
HgPf = Qg 4PiHgPf + QfHgp
'g4
f
f
f
(5)
Рассматривая полную работу, совершаемую в эрлифте, как сумму работ, на преодоление гидравлических сопротивлений Lc и
Q Pf
силы тяжести при подъеме количества воды Ln = QfhgPf + Lc
на условную высоту h получим выражение
(6)
Понятие условной высоты вводим, исходя из рассмотренного принципа действия эрлифта. Полную высоту подъема жидкости можно представить как состоящую из высоты образовавшегося столба смеси в трубе, превышающей рабочую глубину погружения на приведенную высоту, соответствующую массе вытесненной воздухом жидкости и создаваемого скоростного напора. В эрлифтах с K = 1 и отсутствием статической высоты подъема ее заменяем средним полезным напором, создаваемым подъемной силой
H(Pf - pj )
Hn =
Pf
(7)
где
Pj
■ средняя плотность смеси в подъемной трубе эрлифта, кг/м3.
Средняя плотность смеси находится с использованием следующих выражений
P ТГ ^ Pgo
р = P1 + Po
а
2
Q
g
Qf + Qg
Pg = Pgo р Qg Qgo P
(8), o , (9),
Pj = Pga + Pf (1 -а)
g
(10),
'f ' ^g , (11), ' J ■ g ■ J " ' . (12)
Условная высота подъема воды, как сумма высоты подъемной трубы и среднего полезного напора определяется по формуле h = H + Hn. (13)
Qg 4р1 HgPf
Обозначив работу, совершаемую при расширении воздуха * J через Lp и решая совместно уравнения (5) и (6),
получим
Lp + QfHgPf = QfhgPf + Lc
Lp - L0 = QfgPf (h - H)
L.
' L Л 1 - ^
V Lp J
HnQfgPf
(14)
Правая часть уравнения (14) представляет собой полезную работу, выполняемую при подъеме воды, а левая определяет долю энергии, расходуемой воздухом на осуществление этой полезной работы. Следовательно, определяем коэффициент полезного действия эрлифта по использованию энергии воздуха
! Lc
1 - L- = Р
LP . (15)
Энергия воздуха, выделяемая при его изотермическом процессе расширения, с перепадом давления от Р1 до Р4 направлена на выполнение работы в подъемной трубе. Оставшаяся часть энергии теряется при выходе воздуха в окружающую среду с перепадом давления от Р4 до Po. Поэтому общие затраты энергии в подъемнике определим с учетом дополнительной потери
Lp = Qg4Р4 ln Р + QgoPo ln P
4 o . (16)
Q
Заменив g 4 согласно формуле (3), после преобразования получим
Q P P P P P
Lp =^P^ ln P + QgoPo ln P = QgoPo ln P = Qgo Po (P1 - Po)
(17)
Po =
где
Po lnP
P - P P
1 o o - коэффициент среднего удельного расхода энергии.
Следовательно, КПД эрлифта по затрачиваемой энергии воздухом составит
HnQfgPf
Р ~
Qgo Po (P1 - Po )
:ение (18) связывает нахождения объемного расхода воздуха
go' o ' 1 o' . (18)
Выражение (18) связывает между собой основные параметры воздушного подъемника и его можно использовать для
107
H„QfgPf
Qgo p0 (P, - P0 Уп, (19)
Разделив обе части уравнения на Qf, получим удельный расход воздуха
H,
gpf
9* = Po (р1 - P П. (20)
Расход воздуха для подъема заданного расхода воды будет равен Qgo - Qf ' 9go . (21)
В полученное уравнение (20) входят две известные величины: высота подъема воды (H - высота трубы) и расход воды (Qf). Решение уравнения относительно указанных величин даст значение удельного расхода, при котором достигается (Qf) максимальный (оптимальный) расход воды. Уравнение (20) можно решить методом подбора или графически, представив его в следующем виде
9go Po (P1 - Po )Пэ
--------H-----------=gpf ....
Для графического решения вводим обозначения
9goPo (Р1 - Po )пэ
Y1 -
H
Y2 - gPf
n • (23), " J . (24)
Зная H и Qf и задаваясь различными расходами воздуха Qgo, строятся две кривые Yj = f(Qgo) и Y2. Пересечение этих прямых
даст величину искомого удельного расхода (см. рисунок 1).
Рисунок 1 - Графическое решение уравнения Удельный расход воздуха для эрлифта можно определить по следующим уравнениям - эрлифт с высотой подъемной шахты менее 1,3 м
f П1,15 Л2-°,35Н
Qf
4,9849
0,005 +
V
1000Q
- 0,7675 +
Qf ,max P ■ H
- эрлифт с высотой подъемной трубы 1,3 - 3,0 м
f J
^ Pf
(25)
f
- 0,7675 +
Q f ,max
4,9849
0,007 +
Q
1,2 Л
f
2
V
1000Q
fJ
■ Pf
P1 ■ H
4
(26)
Сравнивая результаты вычислений расхода рабочего агента в зависимости от производительности эрлифта, по предлагаемым формулам с экспериментальными данными замеров на полупромышленной установке, можно отметить их достаточно близкие результаты. Отклонения в вычислениях не превышают, в среднем 6,0% для эмпирических зависимостей (25) и (26) при высоте подъемной трубы эрлифта до 1,3м и 2,9% при высоте подъема от 1,3 до 3,0м. Погрешность при использовании полуэмпирической формулы (19) составила 2%.
По формулам (25), (26) составлены номограммы, которые позволяют по заданной высоте подъема воды (H) и производительности эрлифта определить удельный расход воздуха.
Формулы (19) - (21), (25), (26) являются основными для расчета эрлифта, применяемого в РЗУ, так как задача, как правило, сводится к определению необходимого количества воздуха и его давления для достижения заданной производительности при известных геометрических размерах.
108
Литература
1. Багдасаров В.Г. Теория, расчет и практика эргазлифта. - М.-Л.:Гостоптехиздат, 1947.
2. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. - М.:Мир, 1972.
3. Пороло Л.В. Воздушно-газовые подъемники жидкости (эргазлифты). - М.:Машиностроение, 1969.
4. Ляпота Т.Л. Эрлифтный рыбоотвод рыбозащитных сооружений: Автореф. дис. ...канд. техн. наук - Новочеркасск: НГМА, 1999.
Манжула М.В.
Студент, Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) Донского государственного технического
университета в г. Шахты Ростовской области
ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ИНТЕГРАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
ПОДСХЕМ
Аннотация
В статье рассмотрен вариант программной реализации механизма оценки качества интеграции функциональных подсхем сложных функциональных блоков. Приводится программное обеспечение для пакета MatLab, позволяющее проводить расчет коэффициента интеграции функциональных подсхем.
Ключевые слова: редуцирование, агрегирование, интеграция.
Manzhula M.V.
Student, Institute of the service sector and enterprise (branch) of Don State Technical University
THE COMPUTER PROGRAM QUALITY ASSESSMENT OF FUNCTIONAL INTEGRATION SUBCIRCUITS
Abstract
The article describes the software implementation option mechanism to assess the quality of integration of functional subcircuits complex functional blocks. Provides software package MatLab, allows calculations coefficient integrate functional subcircuits.
Keywords: reducing, aggregation, integration.
Решение задачи синтеза сложных функциональных (СФ) блоков возможно реализовать при помощи подхода, основанного на последовательном использовании операций редуцирования и агрегирования [1-4]. Современные смешанные СФ блоки радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) характеризуются многообразием функциональных возможностей, режимов работы и алгоритмов функционирования [5-10]. Таким образом, синтезируется функциональная схема СФ блока, избыточность которой минимизирована за счет интеграции отдельных элементов функциональных подсхем.
Для оценки качества процесса агрегации предлагается использовать коэффициент интеграции функциональных подсхем определяемый как
Ки = 1 -
n(Mt n м2)+ n((Mt U M2)n M3)+... + n((Mt U M2 и... и Mm_!)n Mm)
n(M1 )+ n(M2 )+ n(M3 )+ ... + n(Mm)
Один из вариантов реализации программы для расчета коэффициента интеграции функциональных подсхем для пакета MatLab представлен далее: function y1 = koef()
m = тр^^ведите количество подсхем: ');
%k = трШСВведите максимальное количество элементов в подсхеме: '); shema1 = cell(m,1);
%shema2 = cell(m,1); for n=1:m %pods=";
%for i=1:k
pri=strcat(гВведите ',num2str(n),'-ю подсхему: '); shema1{n,1}=input(pri,'s');
%pods=strcat(pods,shema1{n,i});
%end
%shema2{n,1} =pods; end
disp(shema1); bust-'; len1=0; len2=0; for j=1:m
bust=union(bust,shema1{j,1});
len2=len2+length(shema1{j,1});
end
len1=length(bust);
disp(strcat('Объединение элементов:',Ьш^); disp(strcat('Сумма объединения элементов:',num2str(len1))) disp(strcat('Сумма всех элементов:',num2str(len2))); y1 = len1/len2;
disp(strcat(гКоэффициент интеграции заданных подсхем =',num2str(y1))); end
Таким образом, используемый механизм оценки качества интеграции функциональных подсхем СФ блоков РЭА и предложенное программное обеспечение, позволяет определить уровень агрегации конечной функциональной схемы.
Литература
1. Манжула, В. Г., Федяшов, Д. С. Нейронные сети Кохонена и нечеткие нейронные сети в интеллектуальном анализе данных // Фундаментальные исследования. - 2011. - № 4. - С. 108-114.
2. Манжула, В. Г. Оценка интегральной избыточности в процессе синтеза микроэлектронных систем // Современные проблемы науки и образования. - 2011. - № 4. - С. 33.
3. Манжула, В. Г. Моделирование системного уровня процесса обработки информации при синтезе аналоговых сложных функциональных блоков // Системы управления и информационные технологии. - 2010. - Т. 41. - № 3. - С. 36-40.
109
