CC BY
10
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
7. Lead Desorption and Its Potential Bioavailability in Soil Used for Disposing Lead-Contaminated Pomelo Peel: Effects of Contact Time and Soil pH / N. Tongtavee [et al.]// Water, Air, and Soil Pollution. 2021. V. 232 (9). P. 384.
8. Nitric oxide removal from flue gas by combined persulfate and ferrous-EDTA solutions: Effects of persulfate and EDTA concentrations, temperature, pH and SO2 / Y. G. Adewuyi [et al.] // Chemical Engineering Journal. 2016. V. 304. P. 793-807.
9. Performance and Microbial Community Analysis of an Electrobiofilm Reactor Enhanced by Ferrous-EDTALiu / N. Li [et al.] // ACS Omega. 2021. V. 6 (28). P. 17766-17775.
10. Plant growth regulators and EDTA improve phytoremediation potential and antioxidant response of Dysphaniaambrosioides (L.) Mosyakin&Clemants in a Cd-spiked soil / A. U. Jan [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2021. V. 28 (32). P. 43417-43430.
11. Recovery of Uranium and Rare Earth Elements from Western Desert Phosphate Rocks with EDTA and Nitric Acid Solutions / A. R. Bakry [et al.] // Radiochemistry. 2012. V. 63 (3). P. 297-306.
12. Simultaneous Cu-EDTA oxidation decomplexation and Cr (VI) reduction in water by persulfate/formate system: Reaction process and mechanisms / Q. Wang [et al.] // Chemical Engineering Journal. 2022. V. 427. 131584.
13. Soil-application of zinc-EDTA increases leaf photosynthesis of immature 'Wichita' pecan trees / R. J. Heerema [et al.] //Journal of the American Society for Horticultural Science. 2017. V. 142 (1). P. 27-35.
14. The effect of the exogenous application of EDTA and maleic acid on tolerance, phenolic compounds, and cadmium phytoremediation by okra (Abelmoschusesculentus L.) exposed to Cd stress/ A. Mousavi [et al.] // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. V. 9 (4). 105456.
Информация об авторах Бочарников Виктор Сергеевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Прикладная геодезия, природообустройство и водопользование» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет», Ученый секретарь (400002, г. Волгоград, проспект Университетский, д. 26) т. +7 (8442) 41-17-84 э/пп: bocharnikov_vs@mail.ru
Заичкина Марина Александровна, преподаватель кафедры «Физика» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, г. Волгоград, проспект Университетский, д. 26) ORCID: https:// orcid.org/ 0000-0002-1624-8452 т. 89275388499 э/пп: mushka678@mail.ru Денисова Мария Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Прикладная геодезия, природообустройство и водопользование» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, г. Волгоград, проспект Университетский, д. 26) т. +7 (8442) 41-17-84 э/пп: masha2008-1988@mail.ru
Бочарникова Олеся Владимировна, доктор технических наук, профессор кафедры «Прикладная геодезия, природообустройство и водопользование» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, г. Волгоград, проспект Университетский, д. 26) т. +7 (8442) 41-1784 э/пп: olesya.bocharnikova@mail.ru
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-44 STUDY OF THE FLOW COEFFICIENT FOR DIFFERENT ANGLES OF WEIRS WALLS TO THE AXIS OF POLYGONAL WEIRS
Y. V. Kuznetsov1, M. Hasan1,2, A. Almatar12
1Kuban State Agrarian University, Krasnodar 2Aleppo and Euphrates University, Aleppo and Al-Hasakah, Syria
Received 14.03.2022 Submitted 25.05.2022
Summary
There are many small canals and rivers in the world that need the systematic construction of hydraulic structures that ensure a sustainable work of reclamation pumping stations into irrigation systems and the passage of sediment and fish through the structures. The studies were carried out at the Kuban State Agrarian University, the city of Krasnodar (Krasnodar Territory), in the hydraulic laboratory of the Department of Hydraulics on a polygonal weir model. Laboratory experiments were carried out with nine polygonal weirs, which differed from each other in the angle of the side weir walls to the axis of the weir and the up-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
stream slope. Weir models were made of plaster and covered with two layers of paint. Angles of the side weir walls to the axis of the weir were a = 30°, 45° and 60°.The upstream slopes of the weir were - vertical, 1:1 and 2:1. The downstream slope, was constant in all experiments - 1:2.The article presents influences of different angles of the side weir walls to the axis of the polygonal weirs and upstream slopes of the weir on the discharge coefficient of the polygonal weir. Diagrams were also drawn connecting the weir discharge coefficient and non-dimensional factors, and the region of self-similarity of the discharge coefficient with respect to non-dimensional factors and the Reynolds number was determined. It has been established that the discharge coefficient of a polygonal weir in irrigation canals increases with increasing in the Reynolds number, the angle of the side weir walls to the axis of the polygonal weirs, and the upstream slopes of the polygonal weir in certain ranges.
Abstract
Introduction. The work is an experimental study of polygonal weirs in irrigation canals, which provide flow regulationfor the sustainable work ofreclamation pumping stations and the passage of sediment and fish from the upstream to the downstream. Materials and methods. In a rectangular hydraulic flume measuring 4.5 x 0.43 x 1.0 m, physical modeling of the parameters of a polygonal weir was performed. The length of the weir front model and the height of the weir sill were obtained taking into account the linear scale: horizontal - 1:25 and vertical - 1:5.The weir's wall angles were a = 30°, 45° and 60° to the axis of polygonal weirs. The slope positions in the experiment for each angle were constant. The upstream slopes of the weir were vertical, 1:1 and 2:1.The downstream slope of the weirwas taken constant in all experiments - 1:2.Generally methods of hydraulic research are used to determine the main characteristics of the polygonal weir.The article presents the experimental data of the weir for relative wall width weir 0,081<h/L<0,566, 0,112<h/L<0,787 and 0,134<h/L<0,93and a = 30°, 45° and 60°, respectively. Results and conclusions. Dependencies were obtained for the case of water outflow through a polygonal weir at various angles a and upstream slopes of the weir 9.The discharge coefficient of the polygonal weir experimentally are in the range of 0.195 < m < 0.219, 0.270 < m < 0.294 and 0.318 < m < 0.349 at a = 30°, 45° and 60°, respectively. By laboratory experiments study has been reachedfor the discharge coefficient of a polygonal weir in irrigation canals increases from 0.195 to 0.349 with increasing h/L, h/P , h/B, a, Re and the upstream slope of the polygonal weir.The discharge coefficient reaches the self-similarity region relative to the Reynolds number at Re > 5000.
Key words: Polygonal weir, discharge coefficient, Reynolds number, rectangular flume, triangular weir-water meter.
Citation. Kuznetsov Y.V., Hasan M., Almatar A. Study of the flow coefficient for different angles of weirs walls to the axis of polygonal weirs. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2022. 2(66). 353-364 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-44.
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.672.2
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСХОДА ПРИ РАЗНЫХ УГЛАХ ВОДОСЛИВНЫХ СТЕНОК К ОСИ ПОЛИГОНАЛЬНЫХ ВОДОСЛИВОВ
Е. В. Кузнецов1, доктор технических наук, профессор М. Хасан1'2, аспирант А. Алматар1'2, аспирант
1Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина, г. Краснодар 2Алеппо и Евфратский университеты, г. Алеппо, г. Эль-Хасака, Сирия
Дата поступления в редакцию 14.03.2022 Дата принятия к печати 25.05.2022
Актуальность. Проведено экспериментальное исследование полигональных водосливов в оросительных каналах, которые обеспечивают регулирование потока для устойчивой работы мелиоративных насосных станций и пропуска наносов и рыб из верхнего в
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
нижний бьеф. Материалы и методы. В гидравлическом лотке прямоугольной формы размером 4,5 х 0,43 х 1,0 м выполнялось физическое моделирование параметров полигонального водослива. Длина модели водосливного фронта и высота порога водослива получены с учетом линейного масштаба: горизонтальный - 1 : 25 и вертикальный - 1 : 5. Углы стенки устраивались а = 30°, 45° и 60° к оси водослива. Заложения откосов в эксперименте для каждого угла а были постоянными. Для верхового откоса порога водослива заложение принималось - вертикальное, 1 : 1 и 2 : 1. Для низового откоса заложение было во всех опытах принято постоянное - 1 : 2. Для определения основных характеристик полигонального водослива используются общепринятые методы гидравлических исследований. В статье представлены экспериментальные данные водослива при относительной ширине стенки 0,081<h/L<0,566, 0,112<h/L<0,787 и 0,134<h/L<0,938 и а = 30°, 45° и 60°, соответственно. Результаты и выводы. Получены зависимости для случая истечения жидкости через полигональный водослив при различных углах а и наклона верхового откоса порога в. Установлен экспериментальным путем коэффициент расхода полигонального водослива, который находится в диапазоне 0,195 < m < 0,219, 0,270 < m < 0,294 и 0,318 < m < 0,349 при а = 30°, 45° и 60°, соответственно. На основании экспериментальных исследований доказано, что коэффициент расхода полигонального водослива в оросительных каналах увеличивается от 0,195 до 0,349 с ростом h/L, h/P , h/B, а, Re и заложения верхового откоса полигонального водослива. Значение коэффициента расхода увеличивается с увеличением числа Рейнольд-са, и при Re > 5000 наступает область автомодельности относительно числа Рейнольдса.
Ключевые слова: полигональные водосливы, коэффициент расхода, число Рейнольдса, водосливы, треугольные водосливы-водомеры.
Цитирование. Кузнецов Е. В., Хасан М., Алматар А. Исследование коэффициента расхода при разных углах водосливных стенок к оси полигональных водосливов. Известия НВ АУК. 2022. 2(66). 353-364. DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-44.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении или анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились с представленным окончательным вариантом и одобрили его.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Введение. В настоящее время антропогенная нагрузка на количество и качество водных ресурсов растёт достаточно интенсивно. Без мероприятий для поддержания благоприятного гидрологического и гидрохимического режима невозможно их использование в водохозяйственных целях [10, 11]. Гидротехнические сооружения играют незаменимую роль в этих мероприятиях. В мире много малых водотоков - каналов и рек, которые нуждаются в системном строительстве подпорных сооружений для регулирования потока и пропуска рыбы. Для решения задач рационального водопользования на малых водотоках и каналах нужна разработка и внедрение новых сетевых сооружений, полигональных водосливов, обеспечивающих устойчивый забор воды в оросительные системы и пропуска молоди рыбы через сооружения [8-11].
Исследования проводились в гидравлической лаборатории кафедры гидравлики КубГАУ на модели водослива полигональной формы в плане (рисунок 1). Выполнялись экспериментальные исследования в гидравлическом лотке прямоугольной формы размером 4,5 х 0,43 х 1,0 м (рисунок 2).
Целью исследования было экспериментальное исследование полигональных водосливов в оросительных каналах, которые обеспечивают регулирование потока для устойчивой работы мелиоративных насосных станций и пропуска наносов и рыб из верхнего в нижний бьеф.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 1 - Разрез А-А и план полигонального водослива (1 - гидравлический лоток; 2 - полигональный водослив - водоподпорное сооружение; 3 - верховой откос; 4 - низовой откос; Ni - фиксированный створ в верхнем бьефе; h - напор над водосливом, м; P - высота порога, м; L -ширина по гребню водослива, м; B - длина водосливного фронта (В = B1 + B2 + B3), м; Вл - ширина лотка, м; в - угол наклона верхового откоса порога, рад; а - угол боковых водосливных стенок к оси полигональных водосливов)
Figure 1 -Section A-A and plan of the polygonal weir (1 - hydraulic flume; 2 - polygonal weir; 3 - upstream slope; 4 - downstream slope; N1- fixed range in the upstream; h -height water over the weir, m ; P - weir crest height, m; L - weir crest width, m; B - weir front length (B = B1 + B2 + B3), m; Вл - flume width, m; e - angle of the upstream slope of the crest, rad ; a-angle of weir walls to the
axis of polygonal weirs)
Задачами исследования: разработать модели полигонального водослива и установить зависимости коэффициента расхода от h/P, h/L, h/B, Re, в и а
,-r L .(Bi/sin а.+Во+Во/sin а.) п
(L =- - средневзвешенная ширина порога водослива, м; Re - чис-
В\+В2+В%
ло Рейнольдса).
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 2 - Гидравлический лоток (1 - задвижка на напорном трубопроводе; 2- напорный бак; 3- уровень воды в лотке; 4 - шпиценмасштаб; 5- исследуемая модель; 6- зеркальный лоток; 7- треугольный водослив-водомер; 8- прямоугольный водослив)
Figure 2 - Hydraulic tray (1 - valve on the pressure pipeline; 2 - pressure tank; 3 - water level in the tray; 4 - spitzenscale; 5 - model under study; 6 - mirror tray; 7 - triangular weir-water meter;
8 - rectangular weir)
Материалы и методы. Модели водосливов были выполнены из гипса и покрыты двумя слоями эмалированной краски. Углы а = 30°, 45° и 60° к оси водослива. Заложения откосов в эксперименте для каждого угла а были постоянными. Для верхового откоса порога водослива заложения принимались - вертикальное, 1 : 1 и 2 : 1. Для низового откоса заложение было во всех опытах принято постоянное - 1 : 2. Ширина по гребню водослива L=0,02 м и высота порога P=0,07 м водослива получены с учетом линейного масштаба: горизонтальный - 1 : 25 и вертикальный - 1 : 5.
Расход через водослив определяется из уравнения Д. Бернулли [2, 9]:
Q = тВ^2дН32 , , (1)
где m - коэффициент расхода; Q - действительный расход, м3/с; B - длина водосливного фрон-
V2
та полигонального водослива, м; H- полный напор над водосливом, м; Н = h +--,м; v- скорость подхода, м/с; g -ускорение свободного падения, м/с- .
Фактический расход измерялся треугольным водосливом-водомером, по формуле [2]:
Q = Kh2
(2)
где Q - фактический расход воды, м/с; К - константа водослива (К = 1,30); h - напор воды на водосливе, м.
Основным критерием динамического моделирования было число Фруда [4]. Напор на водосливе был в диапазоне И= 3.10-3...21.10-3 м, расход находился в интервале 0,14.10-3.. ,4,33.10-3 м3/с. Модель полигонального водослива отвечает условию - 0,081 < И/1 < 0,938. Напоры и расходы в натуре были 0,02.0,11 м и 0,01...0,24 м3/с, соответственно. Число Фруда на натуре и модели при минимальном и максимальном расходах составляют 0,418 и 1,116, соответственно. Модели были близки по масштабу к натурным сооружениям, обеспечивалось условие теории динамического подобия:
FrM = FrH = idem,
где FrM - число Фруда в модели; FrH- число Фруда в натуре.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Результаты и обсуждение. Лабораторные опыты выполнялись с девятью полигональными водосливами, которые отличались друг от друга углом боковых водосливных стенок к оси водослива и заложением верхового откоса.
На рисунках 3, 4 и 5 приведены результаты опытов, при величине угла боковых водосливных стенок к оси движения потока 30° для m и в зависимости от относительной средневзвешенной ширины порога h/L (L = 37,1.10_3м), относительной высоты h/P и относительной длины водосливного фронта h/B (B=0,757 м).
Iii
0,000
0.200
0.400
0.600
O.SOÜ
1.000 ьт;
* вертикальный
1/1
▲ 2/1
Рисунок 3 -Эмпирические зависимости m=f(h/L) при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 30°
Figure 3 -Empirical dependencies m=f(h/L)at an angle of side weir walls to the axis of weir 30
Ш
0.1
0.2
0.3
hP
0.4
♦ вертикальный
111
A 2/1
Рисунок 4 - Эмпирические зависимости т=^/Р) при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 30°
Figure 4 - Empirical dependencies m=f(h/P)at an angle of side weir walls to the axis of weir 30°
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 5 - Эмпирические зависимости m=f(h/B) при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 30°
Figure 5 - Empirical dependencies m=f(h/B)at an angle of side weir walls to the axis of weir 30°
Из рисунков 3, 4 и 5 видно, что коэффициент расхода при а =30° влияет отношение h/L, h/P и h/B_в диапазоне 0,081...0,566, 0,043...0,30, и 0,004...0,028, соответственно. С увеличением h/L, h/P и h/B, коэффициент расхода увеличивается, приближаясь к постоянному значению при h/L=0,485, h/P=0,257 и h/B=0,024, т.е. наступает область авто-модельности относительно h/L, h/P и h/B, соответственно.
Процентное увеличение коэффициента расхода при а =30° по сравнению с вертикальным заложением верхового откоса водослива с 1/1 и 2/1 с 1/1, уменьшается от 2,3 3% и 2,22 % до 0 %, соответственно при 0,081< h/L< 0,566, 0,043< h/ P < 0,30 и 0,004< h/B < 0,028.
На рисунках 6, 7 и 8 представлены опытные значения коэффициента расхода полигонального водослива от относительной средневзвешенной ширины порога h/L (L = 26,7.10_3м), относительной высоты h/P и относительной длины водосливного фронта h/B (B=0,563 м), при а = 45°.
ш
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000 h/L
♦ вертикальный
1/1
42/1
Рисунок 6 - Эмпирические зависимости m=f(h/L) при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 45°
Figure 6 - Empirical dependencies m=f(h/L)at an angle of side weir walls to the axis of weir 45°
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 7 - Эмпирические зависимости m=f(h/P) при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 45°
Figure 7 - Empirical dependencies m=f(h/P)at an angle of side weir walls to the axis of weir 45°
Рисунок 8 - Эмпирические зависимости m=f(h/B) при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 45°
Figure 8 - Empirical dependencies m=f(h/B)at an angle of side weir walls to the axis of weir 45°
Из рисунков 6, 7 и 8 видно, что при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 45° коэффициент расхода влияет на отношение h/L, h/P и h/B в диапазоне 0,112...0,787, 0,043...0,30, и 0,005...0,037, соответственно. С ростом h/L h/P и h/B коэффициент расхода увеличивается, приближаясь к постоянному значению при h/L=0,674, h/P=0,257 и h/B=0,032, т.е. наступает область автомодельности относительно h/L, h/P и h/B, соответственно.
При а =45° по сравнению с вертикальным заложением верхового откоса водослива с 1/1 и 2/1 с 1/1 - процентное увеличение коэффициента расхода уменьшается от 2,12 % и 1,88 % до 0 %, соответственно при 0,112< h/L< 0,787, 0,043< h/ P < 0,30 и 0,005< h/B < 0,037.
При а = 60° приведены результаты опытов на рисунках 9, 10 и 11 для коэффициента расхода полигонального водослива от относительной средневзвешенной ширины порога h/L (L = 22,4.10_3м), относительной высоты h/P и относительной длины водосливного фронта h/B (B=0,474 м).
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Ш
0.000
0 200
0.400
► вертикальный
0.800 1.00Q
h/L
Рисунок 9 - Эмпирические зависимости m=f(h/L) при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 60°
Figure 9 - Empirical dependencies m=f(h/L)at an angle of side weir walls to the axis of weir 60°
□ .360 -r-
o.l
' вертикальных!
0.2
11/1
0.3
A2 1
0.4
hp
Рисунок 10 - Эмпирические зависимости m=f(h/P) при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 60°
Figure 10 - Empirical dependencies m=f(h/P)at an angle of side weir walls to the axis of weir 60°
Рисунок 11 - Эмпирические зависимости m=f(h/B) при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 60°
Figure 11 - Empirical dependencies m=f(h/B)at an angle of side weir walls to the axis of weir 60°
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Из рисунков 9, 10 и 11 видно также, что коэффициент расхода при величине угла боковых водосливных стенок к оси водослива 60° влияет отношение h/L, h/P и h/B в диапазоне 0,134...0,938, 0,043...0,30, и 0,006...0,044, соответственно, а также при увеличении h/L, h/P и h/B коэффициент расхода увеличивается, приближаясь к постоянному значению при h/L=0,804, h/P=0,257 и h/B=0,038, т.е. наступает область автомодельно-сти относительно h/L, h/P и h/B, соответственно.
По сравнению с вертикальным заложением верхового откоса водослива с 1/1 и 2/1 с 1/1 при а =60° процент коэффициента расхода уменьшается от 1,6 % и 1,45 % до 0 %, соответственно при 0,134< h/L< 0,938, 0,043< h/P < 0,30 и 0,006< h/B < 0,044.
Из рисунков 3.. .11 видно, что коэффициент расхода увеличивается с ростом угла боковых водосливных стенок к оси водослива и процентное увеличение коэффициента расхода, по сравнению с а = 30° с 45° и а = 45° с 60° составляет 23,27 % и 15,22 %, при 0,112<h/L < 0,566 и 0,134< h/L <0,787, соответственно.
На рисунке 12 приведены опытные значения коэффициента расхода полигонального водослива от числа Рейнольдса для девяти модели полигональных водосливов.
Рисунок 12 - Эмпирические зависимости m=f(Re) Figure12 - Empirical dependencies m=f(Re)
Из рисунка 12 видно, что с увеличением числа Рейнольдса значение коэффициента расхода увеличивается, приближаясь к постоянному значению при Re ~ 5000, т.е. наступает область автомодельности относительно числа Рейнольдса.
Выводы. Коэффициент расхода полигонального водослива увеличивается с ростом h/L, h/P и h/B в диапазоне 0,081...0,566, 0,043...0,30, и 0,004...0,028, соответственно, для а = 30°. Для h/L >0,485, h/P >0,257 и h/B >0,024 наступает область автомодельности относительно h/L, h/P и h/B, соответственно. С увеличением h/L, h/P и h/B в диапазоне 0,112...0,787, 0,043...0,30, и 0,005...0,037, соответственно, коэффициент расхода полигонального водослива увеличивается, при а = 45°, и наступает область автомодельности относительно h/L, h/P и h/B при h/L>0,674, h/P>0,257 и h/B>0,032, соответственно. При а = 60°, с ростом h/L, h/P и h/B в диапазоне 0,134...0,938, 0,043...0,30, и 0,006...0,044, соответственно, коэффициент расхода полигонального водослива увеличивается и наступает область автомодельности относительно h/L, h/P и h/B при h/L>0,804, h/P>0,257 и h/B>0,038, соответственно.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Процентное значение коэффициента расхода уменьшается, по сравнению с вертикальным заложением верхового откоса водослива с 1/1 и 1/1 с 2/1, для а =30° от 2,33 % и 2,22 % до 0 %, соответственно при 0,081< h/L < 0,566 для а = 45° от 2,12 % и 1,88 % до 0 %, соответственно при 0,112< h/L < 0,787, и для а =60° от 1,6 % и 1,45 % до 0 %, соответственно при 0,134< h/L < 0,938.
С ростом угла боковых водосливных стенок к оси водослива коэффициент расхода полигонального водослива увеличивается при 0,081< h/L< 0,938, и процентное увеличение коэффициента расхода, по сравнению с а = 30° с 45° и а = 45° с 60° составляет 23,27 % и 15,22 %, при 0,112<h/L< 0,566 и 0,134< h/L<0,787, соответственно.
Значение коэффициента расхода увеличивается с увеличением числа Рейнольдса, и при Re > 5000 наступает область автомодельности относительно числа Рейнольдса.
Библиографический список
1. Давыдов В. Д. Повышение точности определения расходов на гидросооружениях, работающих по схеме водослива с широким порогом // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2016. № 2. C. 141-150.
2. Исследование коэффициента расхода водослива водоподпорного сооружения на каналах / Е. В. Кузнецов, М. Хасан, А. Алматар, Л. В. Моторная // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. 2021. № 1 (81). С. 110-116.
3. Косиченко Ю. М., Михайлов Е. Д., Баев О. А. Экспериментальные исследования водослива с широким порогом резервного водосброса // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура. 2015. № 3 (20). С. 73-81.
4. Куприянов В. П., Туманов И. В. Истечение через водослив с забральной стенкой // Вестник МГСУ . 2014. № 3. С. 220-226.
5. Медзвелия М. Л. Коэффициент расхода жидкости в канале с боковым сужением потока // Вестник МГСУ. 2015. С. 110-114.
6. Медзвелия М. Л., Боровков В. С. Коэффициент гидравлического трения ламинарных открытых потоков в гладких руслах // Вестник МГСУ. 2015. С. 86-92.
7. Мелихов В. В. Изменение стратегии управления водными ресурсами в мелиоративной отрасли сельскохозяйственного производства в современных климатических условиях // Экосистемы: экология и динамика. 2017. № 3. C. 5-14.
8. Наумова Т. В., Кушер А. М., Пикалова И. Ф. Повышение эффективности эксплуатационных мероприятий по снижению захвата наносов в водозаборы оросительных систем // Вестник МГСУ. 2019. № 9. С. 1167-1179.
9. Румянцев И. С., Нань Ф. Некоторые особенности гидравлических условий работы бетонных водосбросов практического профиля с низовой ступенчатой сливной гранью // Приро-дообустройство. 2014. С. 37-41.
10. Сарсекеева Г. С., Утепбергенова Л. М., Абдукаликова Г. М. Допустимая антропогенная нагрузка на водные ресурсы // Евразийский Союз Ученых. 2019. С. 30-34.
11. Соловьев А. А., Соловьев Д. А., Шилова Л. А., Радиус сопряжения поверхности водослива практического профиля с водобоем // Вестник МГСУ. 2018 С. 885-891.
12. Al Hashimi S., Madhloom H. Determination of discharge coefficient for broad crested weir // Paper identification number. 2018. No 151.
13. Al Hashimi S., Madhloom H., Nahi T. N. Experimental and numerical simulation of flow over broad crested weir and stepped weir using different turbulence models // Journal of Engineering and Sustainable Development. 2017. Vol. 21. No 02.
14. Experimental study of flow through trapezoidal weir controlled under a semi-circular gate / T. Bashir, A. B. Bilal, M. M. Muhammad, A. W.Surajo // FUDMA Journal of Sciences (FJS). 2021. Vol. 5. No 2. P. 145-164.
Информация об авторах: Кузнецов Евгений Владимирович, заведующий кафедрой гидравлики и сельскохозяйственного водоснабжения факультета гидромелиорации, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина» (350044, Россия, г. Краснодар, ул. Калинина, 13), доктор технических наук, профессор, контактный телефон 8 (928) 035 30 02, e-mail: dtn-kuz@rambler.ru.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Хасан Марва, аспирант факультета гидромелиорации, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина» (350044, Россия, г. Краснодар, ул. Калинина, 13), старший преподаватель, кафедра гидравлики, строительный факультет, Алеппо и Евфратский университеты (г. Алеппо и Эль-Хасака, Сирия), контактный телефон 8-988-470-98-79, e-mail:marwahasan444@gmail.com.
Алматар Анас, аспирант факультета гидромелиорации, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина» (350044, Россия, г. Краснодар, ул. Калинина, 13), старший преподаватель, кафедра гидравлики, строительный факультет, Алеппо и Евфратский университеты (г. Алеппо и Эр-Ракка, Сирия) контактный телефон 8-988-361-72-78, email: anas .engineer1988@gmail.com.
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-45 DEVELOPMENT AND JUSTIFICATION OF AN AUTOMATED CONTROL
SYSTEM AND SOFTWARE SCADA-SYSTEM FOR THE PROCESS OF CUTTING FRUIT AND VEGETABLE MATERIALS BY A SLICE SHREDDER
N. I. Lebed, D. S. Gapich, S.D. Fomin, Yu. I. Khanin, N. M. Veselova
Volgograd State Agrarian University, Volgograd Received 20.03.2022 Submitted 25.05.2022
Abstract
Introduction. The article is devoted to the digital adaptation of technology for the processing industry through the development and justification of an automated control system and telemechanics for remote monitoring and control of the technological process. Materials and methods. The development and modeling of the automated control system for the grinder was carried out in the simulation cloud debugging environment «Autodesk Circuits on Tinkercad», where the main elements of the control system were selected and connected to the microcontroller. The development of the program code of the project was carried out in the «FLProg» graphical programming system in the FBD language, then the code was checked, the code was converted into the C ++ language and subsequent compilation in the «Arduino IDE». For the subsequent development of the SCADA system, data exchange was used using the Modbus industrial protocol using serial RS-485 communication lines through the OPC server. To debug the operation of the SCADA system, a laboratory stand was made. Results and conclusions. A grinder for fruit and vegetable products has been developed, the advantages of which include high productivity with minimal energy consumption. These characteristics are achieved by using the proposed cutting device - a zigzag knife wall, which reduces the factor of pinching of slices of processed raw materials between the knives. Based on the ATmega-328 microcontroller, using the C++ programming language, the control system for an automated grinder electric drive was modeled, its performance was tested in the virtual simulation cloud-debugging environment «Autodesk Circuits on Tinkercad», which proved its performance and efficiency. A system for data collection and operational dispatch control (SCADA-system) of the proposed grinder has been developed with the possibility of real-time monitoring of technological parameters and automated decision-making by the system based on situations of the technological process.
Keywords: automation, chopper, microcontrollers, cutlery, fruits and vegetables, cutting, telemechanics, SCADA systems, modeling.
Citation. Lebed N.I., Gapich D.S., Fomin S.D., Khanin Yu.I., Veselova N.M. Development and justification of an automated control system and software scada-system for the process of cutting fruit and vegetable materials by a slice shredder. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2022. 2(66). 364-372 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-45.
Author's contribution. The authors of this study were directly involved in the formulation of the problem, planning the study, analysis, presentation of conclusions and preparation of proposals for production. The authors of this article reviewed and approved the final version of the article.
Conflict of interests. The authors declare no conflict of interest
