CC BY
16Рисунок 5. Анализ кривизны поверхностей лопасти гребного винта
Описанная выше методика создания цифровой модели гребного винта апробирована при реализации ряда проектов изготовления гребных винтов с диаметрами от 1 до 5,6 м в условиях винтообрабатывающего производства ОАО «ЦС «Звездочка». Полученные цифровые модели номинальной геометрии винтов используются на всех этапах их производственного цикла: при разработке управляющих программ, балансировке, сквозном контроле геометрии, испытаниях. Это в конечном итоге позволяет снизить трудоемкость отдельных производственных этапов изготовления и создает предпосылки для создания производства, построенного на принципах сквозной автоматизации.
/
Рисунок 6. Галтельный переход
Список литературы Кремлева, Л.В. Методика создания электронной конструкторской модели гребных винтов средствами CAD UNIDRAPHICS/ Л.В. Кремлева, В.А., Денисов, О.В.Рохин // Современные проблемы машиностроения. Труды II Международного научно-технической конф. - Томск: Изд-во ТПУ, 2004. C.309-314.
Кремлева, Л.В. Методика оценки точности гребных винтов при их изготовлении/ Л.В. Кремлева, О.В Рохин. //Проблемы корабельного машиностроения: Сборник докладов научн.-практ. конф. Выпуск 2. - Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2003. - С.6-10.
К ВОПРОСУ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДАРСИ
В НАПОРНЫХ ВОДОВОДАХ КВАДРАТНОГО СЕЧЕНИЯ
Палиивец Максим Сергеевич
канд. тех. наук, «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева», доцент, факультет гидротехнического, агропромышленного и гражданского строительства,
кафедра информационных технологий в строительстве, г. Москва
TO THE QUESTION OF EXPERIMENTAL DETERMINATION OF COEFFICIENT OF DARCI IN PRESSURE HEAD CONDUITS OF SQUARE SECTION
Paliivets Maxim Sergeyevich, Candidate of Technical Sciences, " Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev, the associate professor, faculty of hydrotechnical, agro-industrial and civil engineering, chair of information technologies in construction, Moscow АННОТАЦИЯ
В статье представлены результаты экспериментальных исследований кинематической структуры потока и гидравлического коэффициента трения узлов напорных трубопроводов. ABSRACT
Results of pilot studies of kinematic structure of a stream and hydraulic coefficient of friction of knots of pressure head pipelines are presented in article.
Ключевые слова: напорный водовод, кинематическая структура потока, гидравлический коэффициент трения, скалярное поле скоростей, длина влияния, коэффициент Кориолиса.
Keywords: pressure head conduit, kinematic structure of a stream, hydraulic coefficient of friction, scalar field of speeds, influence length, Coriolis's coefficient.
При определении потерь напора в напорных водоводах, таких как гидротехнические водоводы, водовы-пуски плотинных гидроузлов или трубопроводы систем
водоснабжения необходимо экспериментально находить значения гидравлического коэффициента трения по известной зависимости Дарси-Вейсбаха, что составляет
одну из сложнейших проблем механики жидкости, не получившую до сих пор полного теоретического решения.
В настоящее время известно более двух тысяч научных работ, посвященных гидравлическим сопротивлениям напорных потоков. Исследования гидравлического коэффициента трения в круглых и прямоугольных трубах производились отечественными и зарубежными исследователями достаточно давно. В силу широкого промышленного применения большая часть работ содержит экспериментальные данные по трубам круглого сечения, в частности в промышленной аэродинамике этому вопросу посвящена целая серия трудов Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ). В России широко используются графики Никурадзе, номограммы Кольбрука-Уайта для определения значений коэффициента гидравлического трения.
Универсальная формула для определения Л была предложена А.Д.Альтшулем [1]:
Для трубы прямоугольного сечения со сторонами а
и Ь:
1 = 0,1(1,46 Дэ /й + 100/Яе)
0,25
й,.
_ 4аЬ _ 48 г = 2(а + Ь) " П
Для квадрата со стороной а:
й = а
(2)
П
(1)
где, — относительная шероховатость, Re — число Рей-нольдса.
Согласно исследованиям А.Д. Альтшуля возможные расхождения при расчете по различным формулам незначительны, по сравнению с теми ошибками, которые обычно имеют место вследствие неопределенности в выборе значения шероховатости [1].
Зависимость коэффициента Л от различных факторов связана с областями, которые наблюдаются в потоках: область гидравлически гладких труб (область ламинарного режима); переходная область и область квадратичного сопротивления. В области гидравлически гладких труб коэффициент Л зависит от числа Рейнольдса,
1 /(Яе) . в переходной области коэффициент Л зависит от числа Рейнольдса и относительной шероховато-
1 = /(Яе; Д / й) _ ,
сти, 1/4 ' у . В области квадратичного сопротивления коэффициент Л зависит только от относи-
1 = /(Д / й )т
тельной шероховатости, 1/4 у [1].
Для нахождения коэффициента гидравлического трения (Дарси) Л при расчете трубопроводов из других материалов или трубопроводов, предназначенных для транспортирования жидкостей, отличающихся от воды, применяют другие эмпирические формулы.
На практике часто приходится иметь дело с турбулентным течением в некруглых трубах, применяемых, например, в различных охлаждающих устройствах [4], а также это могут быть многоярусные водопропускные сооружения, гидродинамические стабилизаторы расхода водовыпусков низконапорных гидроузлов, гидродинамические регуляторы расхода на перепадах каналов оросительной сети.
Рассмотрим расчет потерь на трение при турбулентном течении в трубе с прямоугольным поперечным сечением.
Для количественной оценки влияния формы сечения на потерю напора вводится в расчет гидравлический диаметр dг. В технической литературе гидравлический диаметр называют также эквивалентным диаметром и обозначают dг [4].
(3)
П 8
где — смоченный периметр сечения, — площадь сечения.
Если подставить в формулу (5) Дарси-Вейсбаха вместо диаметра трубопровода гидравлический диаметр, то получим более общее выражение закона потерь, поскольку оно справедливо для труб не только круглых, но и любых иных сечений [4]. При этом коэффициент Л под-считывается по любой из перечисленных выше формул, а Re выражается через dг:
Яе =
У , (4)
I V2
к = Х-
2 £
(5)
по-
V к
где, г — средняя скорость потока жидкости, '
I й
тери напора по длине, 4 — длина водовода, г — гид-£
равлический диаметр, ° — ускорение силы тяжести.
Так как коэффициент местного сопротивления характеризует потери напора движущейся жидкости, вызванные действием, как сил трения, так и нормальных напряжении на длине местного сопротивления, то при экспериментальном определении коэффициента местного сопротивления выделяют потери по длине водовода, но уже без местного сопротивления. По существу же
к
при вычислении потерь напора по длине
делается до-
пущение о постоянстве коэффициента гидравлического трения Л на протяжении расчетного участка водовода независимо от формы последней [7]. Действительно, при таком подходе искусственно удваиваются потери напора на трение в пределах длины местного сопротивления. Фактически же из-за деформации потока в пределах местного сопротивления величина коэффициента гидравлического трения Л будет отлична от таковой, имеющей место на прямых участках трубопровода, где режимы движения жидкости стабилизировались — профиль скоростей потока приобрел нормальный вид, характерный для турбулентного режима [7].
Опыты показывают, что нарушение режима движения жидкости из-за наличия местных сопротивлений не ограничивается длиной этого сопротивления, а распространяется по обе стороны его [2]. Следовательно, в пределах длин подходного к выходного участков водовода величина коэффициента гидравлического трения Л отлична от имеющей место в стабилизированном потоке жидкости при турбулентном режиме ее течения. Это обстоятельство при производстве расчетов, как правило, не
учитывается; принимается Л=const по всей длине расчетной магистрали, независимо от количества и расположения местных сопротивлений в водоводе. Экспериментально коэффициент гидравлического трения Л определялся на прямом участке водовода длиной
17 • б .
г (рисунок 1). В качестве характерного линейного
поперечного размера квадратного водовода брался эквивалентный диаметр по площади
=
4 • 5
= 1,128 • б
п
[2,3].
Значения коэффициента Л были вычислены по фор-
муле:
ж =
2 • g • бэ • к1 • со1
/О
(6)
Перед проведением основной серии опытов по принятой методике была оценена шероховатость экспериментального участка водовода.
Для определения относительной шероховатости
бэ замерялась фактическая потеря давления на трение по длине трубы при определенной скорости воды в ней. Подставляя в формулу (6) значение Л, найденное из
А
опыта, определяли значение бэ , а так как диаметр трубы известен, то вычисляли величину абсолютной шероховатости водовода А . Абсолютная шероховатость квадратного водовода по эквивалентному диаметру
= 96 мм
э при значении относительной шероховато-
— = 0,0003 сти бэ
А.Д. Альтшуля и Прандля-Никурадзе. На основании сопоставления расчетных кривых с опытными точками устанавливалась степень их согласования и находились значения эквивалентной равномерно зернистой шероховато-
А э
сти э . Исследователи пришли к выводам, что стальные и бетонные напорные водоводы работают, как правило, в переходной области сопротивления, поэтому для их расчета нельзя рекомендовать формулы квадратичной области сопротивления и использование кривых Никурадзе. Кривые сопротивления стальных напорных водоводов больших и малых диаметров вполне согласуются с кривыми, построенными по степенной формуле (1) [6].
Достаточно известны работы И.Е. Идельчика и А.Г. Адамова [2,3]. В научных отчетах этих авторов был экспериментально определен гидравлический коэффициент трения для фанерных труб (различного сорта березы) квадратного поперечного сечения в напорном турбулентном потоке. Г.А. Адамовым предложены формулы для трех областей сопротивления [4]: а) для гладких труб -
— = -21ё-^ •Л Яел/Я
равняется А = °'03мм.
В.В. Казеннов и А.В. Мишуев [6] обработали опытные данные по гидравлическим коэффициентам трения отечественных и зарубежных исследований (268 серий) стальных и бетонных водоводов, а также данные натурных исследований напорных облицованных и необлицо-ванных туннелей. Опытные данные охватывали диапазон
12 103 5 2 107 чисел Рейнольдса от ^до ^(диаметр труб изменялся от 0,10 до 0,30 м). Точки наносились на графики
Л = / (^Яе)
в системе координат ^и сравнивались с рас-
четными кривыми по известным формулам Кольбрука,
(7)
б) для шероховатых труб в зоне полной турбулентности -
1 от « в) для шероховатых труб в переходной зоне -
ж-2*
(
■ +
3,0
Л
1 , 95 Яе-Д
(8)
(9)
где, е — относительная шероховатость стенок трубопровода.
е
Последняя формула (9) является общей формулой сопротивления трения прямых труб квадратного сечения при турбулентном потоке [2,3].
Получена эмпирическая формула для расчета гидравлического коэффициента трения:
-0,1616
(10)
Эмпирическое уравнение (10) имеет хорошие статистические оценки и может быть использовано в диапа-
Яе = (1,5 - 2,7) 105 _
зоне чисел Рейнольдса 4 ' ' 7 . За ха-
Л = 0,0198 • Re"
рактерный линейный размер в числе Re принимался учетверенный гидравлический радиус (гидравлический диаметр).
Значения коэффициента гидравлического трения, полученные по эмпирической зависимости (10) хорошо согласуются с данными экспериментов, полученных И.Е. Идельчиком и А.Г. Адамовым для квадратных труб из березовой фанеры (рисунок 2 и 3) и с натурными данными по бетонным водоводам, обработанных В.В. Казенновым и А.В. Мишуевым.
0,05 0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0
1 У = 0, 357 8х 1,747 4
♦ R2 = 0 ,92 6
< ---- tl
С г f=K L
и з—. ——. 1—^
hm ш Щ га рв
У = 0,6 4 6 5х2 ,196
R \2 = 0,9 60 6
: gRe
4
3 3,5
♦ ЛАпьтшуля для квадрата а Л Идепьчик, Адамов общ. Формула e=0,03
Рисунок 2. График зависимости ^ ~ y(lgRe)
4,5 5 5,5
о Лэксперимегт
□ ЛАдамова, Идепьчика для квадрата
экспериментальных данных автора и данных И.Е. Идельчика и А.Г. Адамова для квадратных труб
0,0500 0,0450 0,0400 0,0350 0,0300 0,0250 0,0200 0,0150 0,0100 0,0050 0,0000
А,
ii
И
у = 0,0198х" },1616
о НР^ & = 0,90 52
+ ++Ч -i^bt-Hä®- B&Qdh =Ы- +4-44- I I Н-М - JL-I-4L
у = 0,0175k 0,1616
R2 = 0,90 12
Re*105
0,5 , 1 1,5 2 2,5 3
О /.эксперимент
■ ААльтшуля Д=0:01мм ААльтшуля Д=0:02мм
/,Фил он енко - Ань тш у л я для гладких труб □ /.эксперимент для пластиковых труб круглого сечения
■ /.эксперимент для квадратных труб из оргстекла
+ ^Адамова, Идельчика для квадратных труб из березовой фанеры О 11 Экспериментальных точек A.=f(Re) А.Д. Альтшупя (квадрат)
3,5
Рисунок 3. Сравнение экспериментальных данных коэффициентов гидравлического трения с данными других авторов
6
Значит можно сделать вывод, что натурное моделирование напорных бетонных водоводов по критерию Рейнольдса в переходной (начало квадратичной) области сопротивления можно производить с учетом относительной шероховатости Д, которая получена в экспериментах автора для напорного водовода прямоугольного сечения в пределах чисел Re=(1,5^2,6)•105 для гидротехнического бетона (с отделкой) со значениями относительной шероховатости стенок на модели - Д=0,01^0,03мм и Д=0,1^0,3мм - на натуре с учетом масштаба моделирования.
Литература
1. Альтшуль, А.Д. Гидравлические сопротивления: учебник: 2-е изд., перераб. и доп. / А.Д. Альшуль. -М.: Недра, 1982. - 224 с.
2. Адамов, Г.А., Идельчик, И.Е. Экспериментальное исследование сопротивления фанерных труб круглого и квадратного сечений при вполне развившемся турбулентном течении: Труды МАП № 670 / Г.А. Адамов, И.Е. Идельчик. - М., 1948. - 27 с.
3. Адамов, Г.А., Идельчик, И.Е. Экспериментальное исследование турбулентного течения в начальных
участках прямых труб круглого и квадратного сечений: Технические отчеты МАП № 124 / Г.А. Адамов, И.Е. Идельчик. - М., 1948. - 14 с.
4. Жабо, В. В., Уваров, В. В. Гидравлика и насосы: учеб. для энерг. и энергостроит. техникумов: 2-е изд., перераб. / В. В. Жабо, В. В. Уваров. - М.: Энергоатом-издат, 1984. - 327 с.
5. Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям: 3-е изд., перераб. и доп / И. Е. Идельчик. - М.: Машиностроение, 1992. - 671с. -ISBN 5-217-00393-6.
6. Казеннов, В.В., Мишуев, А.В. Гидравлические сопротивления напорных водоводов электростанций / В.В. Казеннов, А.В. Мишуев // Научно-технический журнал Вестник МГСУ. - 2008. - №1. - С. 210 -215 с.
7. Ковалев-Кривоносов, П.А. Рекомендации по компоновке отводов и арматуры в составе блоков и агрегатов судовых систем / П.А. Ковалев-Кривоносов, В.А. Зюбан, М.-Р.А. Умбрасас // Сб. НТО им. А.Н.Крылова. - Вып. 285. - Л.: Судостроение, 1979.
ВЕБ -СЕРВИС ДЛЯ СОЗДАНИЯ И ПУБЛИКАЦИИ ТЕМАТИЧЕСКИХ КАРТ
Зябликова Татьяна Львовна
Магистр, Уральский федеральный университет, г. Екатеринбург
Парфенов Юрий Павлович
кандидат техн. наук, доцент, Уральский федеральный университет, г. Екатеринбург
WEB -SERVICE FOR CREATING AND PUBLISHING THEMATIC MAPS
Zyablikova Tatiana, past master, Ural Federal University, Ekaterinburg
Parfenov Yury, Cand.Tech.Sci, associate professor, Ural Federal University, Ekaterinburg
АННОТАЦИЯ
Целью работы является создание картографического Веб-сервиса CreateMaps для построения в Интернет общедоступной среды для распространения и поиска пространственных объектов. Владельцы объектов, заинтересованные в распространении информации, интерактивными средствами загружают свои данные в базу сервиса. Пользователям Интернет предоставлена возможность поиска объектов по семантическим атрибутам с отображением местонахождений объектов и их характеристик на Яндекс-картах. Пилотный проект Веб-сервиса ориентирован на создание тематической карты общераспространенных полезных ископаемых.
ABSTRACT
The aim is the creation of cartographic Web-service CreateMaps for the construction of an Internet environment for the dissemination and retrieval of spatial objects. Interested owners of the objects through interactive means load them to our service database. Internet users have the opportunity to search by semantic attributes of objects to display the locations of objects and their characteristics on Yandex maps. The Web-service pilot project focused on creating thematic maps of common minerals.
Ключевые слова: Веб-сервис; тематическая карта; геоинформатика.
Keywords: Web-service; thematic map; geoinformatics.
В бизнес-сообществе действует немало лиц заинтересованных в получении точной и исчерпывающей информации о пространственных объектах определенного типа и назначения. С другой стороны существует множество организации, физических и юридических лиц, владеющих пространственными объектами (земельными участками, зданиями, сооружениями и т.п.) предлагающих их для использования (в аренду или продажу) другим лицам. Типичным примерами могут служить земельные участки
сельскохозяйственного назначения, жилищного, промышленного строительства, месторождения общераспространенных полезных ископаемых, предлагаемых субъектами федерации предпринимателям для разведки и разработки. В обеспечении информационных потребностей общества в представлении пространственных объектов широкое распространение получили геоинформационные системы, важной разновидностью которых являются тематические карты. В тематической карте удачно
