CC BY
11
активных углей. Они имеют невысокую удельную площадь поверхности (на уровне 250-300 м2/г), что, однако, не отражается на их адсорбционных свойствах.
Список литературы:
1. Viswanathan, B. Methods of activation and specific applications of carbon materials / B. Viswanathan, P. Indra Neel, T.K. Varadarajan // NCCR Internal Bulletin. - P. 160 [Электронный ресурс].
2. URL: http://www.nccr.iitm.ac.in/e%20book-Carbon%20Materials%20final.pdf
3. Углеродные адсорбенты на основе лигноцеллюлозных материалов / М.Г. Белецкая, Н.И. Богданович, Н.А. Макаревич, Ю.А. Саврасова // Лесн. журн. Изв. вузов. - 2012. - № 1. - С. 107112.
4. Формирование сорбционных и магнитных свойств ферромагнитных адсорбентов при пиролизе отходов переработки древесины в присутствии гидроксида железа (III) / Р.С. Шевченко, Н.И. Богданович, Л.Н. Кузнецова, Г.В. Добеле // Лесн. журн. Изв. вузов. - 1999. - № 2-3. - С. 142-150.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ РАСХОДА ВОДЫ НА ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛАХ В ПОДТОПЛЕННОМ РЕЖИМЕ ИСТЕЧЕНИЯ
Атаманова Ольга Викторовна
Докт. техн. наук, профессор кафедры экологии Саратовского государственного технического университета
имени Гагарина Ю.А., г. Саратов Матвиец Валентина Васильевна Канд. техн. наук, доцент кафедры гидротехнического строительства и водных ресурсов
Кыргызско-Российского Славянского университета, г. Бишкек
Проблема повышения урожаев сельскохозяйственных культур в настоящее время представляет значительный интерес в большинстве регионов мира. В регионах коренного орошения повышение плодородия земель напрямую связано с использованием гидротехнических мелиораций, обеспечиваемых гидромелиоративными системами.
Современные ирригационные системы представляют собой сложные природно-технические комплексы, включающие открытые или закрытые водоводы с размещенными на них линейными гидротехническими сооружениями. При этом гидротехнические сооружения, предназначенные для водораспределения и водоподачи на системе, целесообразно оснащать затворами-автоматами уровней и расходов вод. Для управления процессами распределения отводимых расходов воды в системе целесообразно использовать гидравлические стабилизаторы расхода воды. Эти устройства за счет своих конструктивных особенностей позволяют обеспечивать подачу в отводы заданных расходов воды по запросам потребителей. Обычно конструкции стабилизаторов расхода воды конструктивно не сложны и надежны в работе, поскольку не имеют подвижных в работе элементов. Еще одним достоинством этих устройств является использование ими для стабилизации подачи воды в отводящие каналы гидравлических свойств потока. Таким образом, они не являются электроуправляемыми автоматами и не требуют для выполнения своих функций наличия электроэнергии. Большинство стабилизаторов расхода воды на открытых оросительных системах рассчитаны для работы в условиях свободного истечения из-под стабилизатора.
Наиболее оправданными в работе на каналах открытого типа показали себя стабилизаторы расхода воды типа «коробчатый щит» [1, с.6]. Эти конструкции получили достаточное распространение на ирригационных системах аридной зоны, в частности, в Киргизии, Таджикистане, Узбекистане, на юге Казахстана. Новейшие конструкции стабилизаторов расхода воды позволяют обеспечить постоянство (с погрешностью ± 5%) расходов воды потребителям при колебаниях уровней воды в каналов старшего порядка, достигающих
Hmax / Hmin = 2,6"Л7 (гДе Hmax И Hmin - максимальная и минимальная глубины воды перед стабилизатором, соответственно).
Для проверки работоспособности гидравлических стабилизаторов расхода воды в подтопленном режиме истечения были проведены лабораторные исследования одной из наиболее совершенных стабилизаторов этого типа - стабилизатора расхода воды с коническим козырьком (СРВКК) [2, с.2].
СРВКК (рис.1) представляет собой, расположенный на водовыпуске 1 и установленный в пазах 2 боковых устоев 3 и имеющий привод 4, управляемый затвор 5. Затвор содержит коробчатую полость, которая образована ломаной по вертикали наружной плоскостью 6 и внутренней плоскостью 7. Коробчатая полость делится на секции 8, причем верхняя часть 9 лицевой грани 6 затвора 5 выполнена наклонной в сторону потока так, что толщина коробчатых секций 8 в верхней части переменна по высоте. В нижней части внутренней поверхности 7 затвора 5 размещен наклонный козырек 10 под углом ß1=150°-165° к потоку. В нижней части передней поверхности 6 затвора 5 размещен конический козырек 11. Стабилизация водопо-дачи данной конструкцией обеспечивается за счет изменения площади работающего (подщитового) отверстия при увеличении глубины воды перед затвором, за счет переключения истечения с наружной плоскости на внутреннюю.
Лабораторными исследованиями представлялось необходимым найти параметры ССВКК при несвободном истечении из-под затвора. Исследования выполнялись на базе кафедры гидротехнического строительства и водных ресурсов Кыргызско-Российского Славянского университета. Масштаб модели принимался равным 1:3, что крупнее минимально допустимого, который обеспечивает ав-томодельность по Рейнольдсу.
Оптимальное планирование экспериментов для установления наиболее рациональных параметров СРВКК в режиме подтопленного истечения в отводящий канал выполнялось методом крутого восхождения, сочетая факторное планирование и движение по градиенту.
4 5
Рисунок 1. Стабилизатор расхода воды с коническим козырьком
На основе ранжирования были выбраны главные уровни факторов, интервалы варьирования, и реализо-
факторы, влияющие на оптимизируемый параметр - от- ван план эксперимента 24 . Выбранные уровни варьи-
клонение отводимого расхода воды от расчетного зна- руемых факторов представлены в табл. 1.
чения. Поисковыми исследованиями установлены
Таблица 1
Уровни варьируемых факторов __
Уровни Кодовое обо- Глубина воды пе- Открытие, Глубина воды за Толщина короб-
значение ред затвором, мм мм затвором, мм чатой секции, мм
Х^ Х2 х3 Х4
Основной уровень 0 50 20 32 20
Интервал варьирования 5 5 10 4
Верхний уровень +1 55 25 42 24
Нижний уровень -1 45 15 22 16
Реализованный полный факторный эксперимент 24 позволил получить линейную математическую модель: $ = 2,22 + 0,48х1 - 0,69х2-0,05х3 + 0,49х4 - 0,39х1 х2 - 0,2х:х3 + 0,04х2х3 + 0,23х1 х4 -- 0,48х2х4 + 0,19х3х4 + 0,18х1 х2х3 + 0,24х1 х3х4 - 0,2х2х3х4 - 0,01х1 х2х3х4.
(1)
На основе анализа коэффициентов регрессии, наблюдаем, что все коэффициенты регрессии, кроме
Ь14 = 0,01, значимы, т.к. по абсолютной величине больше половины доверительного интервала АЬг- = 0,03 . Однако коэффициенты Ь3 _ -0,05 и Ь7 = 0,04 также
близки по абсолютной величине к значению половины доверительного интервала, поэтому могут быть признаны незначимыми:
Ь3 = 0,05 » Ь7 = 0,04 » АЬ1 _ 0,03. (2)
Регрессионное уравнение (1) с учетом (2) запишем в следующем виде:
$ = 2,22 + 0,48х1 - 0,69х2 +0,49х4 - 0,39х1х2 - 0,2х1х3 + 0,23х1х4 -- 0,48х2х4 + 0,19х3х4 + 0,18х1х2х3 + 0,24хх3х4 - 0,2х2х3х4
. (3)
Проверка адекватности математической модели (3) состояла в следующем:
^ _КУ-У)2 = = 0338
ад N-(к +1) 16 -11 '
(4)
Расчетное значение критерия Фишера определялось по [3, с.91] и было равно при уровне значимости 0,05:
/ _2,41
урат 0,14
(5)
Сравнивая полученное расчетное значение (5) с расчетным значением критерия Фишера, получаем
/рас _ 2,41 < Утабл(0,5;5;32) _ 2,53 . (6)
Выражение (6) подтверждает адекватность математической модели (3).
Далее для оптимизации параметров СРВКК коэф- градиенту. Начальной точкой движения по градиенту яв-
фициенты регрессии в выражедии (3) были использованы лялась точка (X,0, Х0, ..., X0), в окрестности которой для установления направления «крутого восхождения» по 1 2 п
получена аппроксимирующая гиперплоскость.
Исходные данные для расчета и его результаты
приведены в табл. 2.
Таблица 2
Крутое восхождение для оптимизации параметров СРВКК_
№ Последовательность крутого восхождения Исследуемые факторы Отклик
Х2 Х4 Уп У2п Узп Уп
1 Коэффициент регрессии, Ъг 0,448 - 0,69 0,449
2 Интервал варьирования, Дхг- 5 5 4
3 Ъ ^ 2,4 - 3,45 1,96
4 Сдвиг по базовому фактору, 4 = VI 1\ 1/ /3,45
5 Ориентировочный шаг, = 4(ЪМ) 0,69 -1,0 0,57
6 Округление 1 1 1
7 Выбранный шаг, Дхг-) 2 - 2 1
8 Опыты: 1 52 18 21 - - - -
2 54 16 21 5,1 5,2 5,3 5,2
3 56 14 22 5,33 5,31 5,29 5,31
4 58 12 22 4,7 4,72 4,68 4,7
5 60 10 23 3,0 3,04 3,07 3,04
6 62 10 23 3, 5 3,7 3,65 3,62
7 64 10 24 4,14 4,14 4,15 4,14
8 66 12 24 4,27 4,29 4,29 4,28
9 66 14 24 4,25 4,25 4,26 4,25
10 66 16 24 4,38 4,39 4,4 4,39
11 68 18 24 4,46 4,45 4,44 4,45
12 68 20 24 4,63 4,6 4,55 4,6
13 68 22 25 4,66 4,73 4,78 4,72
14 68 24 25 4,99 4,98 4,99 4,99
15 68 25 25 5,0 5,1 5,2 5,1
Сдвиг по базовому фактору рассчитывался по рекомендациям [4, с.165].
Реализованный физический эксперимент дал возможность получить отклики при наиболее рациональных сочетаниях выбранных факторов, соответствовавших качеству стабилизации близкому к значению ±5% но не превышающему это значение (в пределах одной секции).
Проведенный эксперимент позволил выявить наиболее рациональные значения факторов СРВКК, работающего в режиме подтопленного истечения из-под затвора. Диапазон колебаний глубин перед стабилизатором расхода в пределах одной секции
ДНг- = 68 — 50 = 18 мм; максимально допустимое открытие атхх = 25 мм; толщина коробчатой секции t = 24 мм.
Принимаем во внимание, что для стабилизаторов расхода воды типа «коробчатый щит» рекомендуемый расчетный напор перед затвором
Нр = Н^ = 0,65 * 0,7 м.
Пересчитав с модели на натуру, получены следующие результаты параметров СРВКК:
• максимальное открытие стабилизатора:
о^ - (0,35...0,39)Hmn, (7)
где Hmn - минимальный напор перед стабилизатором;
• диапазон колебаний напоров перед стабилизатором, при котором обеспечивается стабилизация водопо-дачи:
AH = (2,16...2,25)атах ; (8)
• толщина секции затвора:
t = (0,9...0,96)атах ; (9)
• допустимое подтопление:
h < нр. (10)
Полученные выражения (7)...(10) дополнили методику расчета СРВКК, функционирующего в пдтопленном режиме истечения из-под затвора.
Проведенные гидравлические исследования стабилизатора расхода воды с коническим козырьком в режиме несвободного истечения позволили сделать следующие выводы.
ВЫВОДЫ
1. Гидравлические стабилизаторы расхода воды могут использоваться на открытых каналах при подтопленном истечении через сооружение, обеспечивая постоянство отводимых расходов воды.
2. Функционируя в режиме несвободного истечения из-под затвора, гидравлический стабилизатор расхода воды с коническим козырьком обеспечивает постоянство (с погрешностью не превышающей ±5%) отводимого расхода воды при диапазоне колебаний напоров в канале старшего порядка меньшем по величине, чем при работе в режиме свободного истечения из-под затвора [5, с.284]. Это наблюдается и у других конструкций стабилизаторов расхода типа «коробчатый щит».
3. При расчете параметров СРВКК для водовыпускного сооружения, работающего в режиме подтопленного истечения необходимо использовать зависимости (7)...(10). Это позволит обеспечить постоянство во-доподачи в отводящий канал с заданной точностью.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Атаманова О.В. Систематизация способов и средств стабилизации водоподачи оросительных систем // Вестник Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова. Саратов, 2005. - № 3. - С.6-11.
2. Атаманова О.В., Круглова В.В. Патент Кыргызской Республики № 1551 КР МКИ Е02В 13/02. Стабилизатор расхода воды. Опубл. в БИ № 6, КР, 2013. - 5 с.: ил.
3. Беликов В.Г., Пономарев В.Д., Коковкин-Щербак Н.И. Применение математического планирования и обработка результатов эксперимента в фармации. М.: Медицина, 1973. - 232 с.
4. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1974. - 231 с.
5. Атаманова О.В., Круглова В.В. Оптимизация параметров гидравлического стабилизатора расхода воды с коническим козырьком // Вестник КГУСТА №3 (37). Бишкек, 2012. - С.279-285.
СИНТЕЗ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ ИЗ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОКСИДОВ NA И K
Белецкая Марина Геннадьевна
ассистент кафедры химии и химических технологий Богданович Николай Иванович Д.т.н., профессор, зав.кафедрой химии и химических технологий
Романенко Кристина Александровна
Магистрант кафедры химии и химических технологий САФУ имени М.В.Ломоносова, г. Архангельск
В условиях постоянного нарастания загрязнений в окружающей среде, быстрыми темпами растет потребление различных фильтрующих веществ. Наиболее распространенными и эффективными фильтрами являются фильтры на основе активированного угля. В качестве сырья для получения активных углей (углеродных адсорбентов) с успехом может быть использовано лигноцеллюлозное сырье [1, с 107-112; 2, с 120-132], что было неоднократно подтверждено экспериментально, в том числе и гидролизный лигнин. Для синтеза активированного угля все чаще используются методы термохимической активации, поскольку они позволяют получать адсорбенты с заданными адсорбционными свойствами и параметрами пористой структуры.
Предварительные исследования показали, что использование предварительной термообработки, так называемого предпиролиза, позволяет не только снизить расход активирующего агента, но и увеличить выход получаемых углеродных адсорбентов, а также влияет на адсорбционные свойства [3, с 125-132; 4, с. 717-721]. Для синтеза активированных углей был использован метод
планированного эксперимента для трех факторов. Так температура предпиролиза (Тп/п) варьировалась в интервале 350 - 450 °С, температура термохимической активации (ТХА) 600 - 750°С, дозировка активирующего агента 1,3 - 2,1 г/г к а.с. лигнину. В качестве активирующего агента были использованы гидроксид натрия и гидроксид калия.
Полученные экспериментальные данные были использованы для расчета коэффициентов уравнений регрессии второго порядка. Уравнения со значимыми коэффициентами, адекватно описывающими процесс, являются математическими моделями. Все полученные уравнения регрессии, оказались адекватными экспериментальным данным при доверительной вероятности 95 %, и были использованы для построения поверхностей отклика.
Полученные образцы активированного угля были исследованы по стандартным тест-веществам, используемым для характеристики адсорбентов при адсорбции из жидкой фазы: метиленовый голубой (МГ) и йод.
амг мг/г
1150 1000 850 700 550
Т,
п/п'
ос
Б
№0№ г/г
Рисунок 1. Поверхности отклика адсорбционной активности по МГ активированного угля при температуре ТХА 675 оС
