CC BY
79
5. Никитина А.В., Сухинов А.И., Гармаш AM., Гузик В.Ф. Математический анализ. Ч. I: Учебное пособие. - Таганрог, Изд-во ТРТУ, 2005. - 96 с.
6. Самолет-амфибия Бе-200ЧС-Е. Руководство по летной эксплуатации.
7. Никитина А.В., Левченко М.Н Элементы дискретной математики: Учебное пособие. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2008. - 150 с.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н. В.П. Асовский.
Крееренко Ольга Дмитриевна - ОАО «Таганрогский авиационный научно-технический комплекс им. Г.М. Бериева» (ТАНТК); e-mail: [email protected]; 347923, г. Таганрог, пл. Авиаторов, 1; тел.: 89034397446; отдел аэродинамики; ведущий инженер- конструктор.
- « »; e-mail:
[email protected]; 347900, г. Таганрог, ул. Греческая, 74; тел.: 89064526211; проектно; - .
Kreerenko Olga Dmitrievna - Beriev Aircraft Company; e-mail: [email protected]; 1, Aviatorov square, Taganrog, 347923, Russia; phone: 89034397446; aerodynamics department; lead design engineer.
Kreerenko Evgeniy Sergeevich - AVIAOK Internacional; e-mail: [email protected]; 74, Grecheskaya street, Taganrog, 347900, Russia; phone: 89064526211; RD department; design engineer.
УДК 519.876.5: 532.53
В.И. Ольгаренко, H.C. Захарченко, О.П. Кисаров, И.В. Ольгаренко
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЙ В МИУССКОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ НА ИМИТАЦИОННОЙ
МОДЕЛИ
Рассмотрены вопросы создания и внедрения имитационных моделей в процесс разработки оперативных танов водораспределения в оросительных системах (ОС) при регулировании по принципу расчетного приращения объемов. Показано, что для обоснования применимости этого способа диспетчерского управления необходимы численные исследования течений в каналах ОС. Выполнено моделирование течений в Миусской ОС (Ростовская область) на основе одномерных уравнений Сен-Венана. Исследование течений на имитационной модели позволило обосновать допущения, принимаемые при указанном способе регулирования, и определить спектр допустимых для данной ОС режимов управления.
Течение; канал; система уравнений Сен-Венана; оперативное водораспределение; ко; .
V.I. Olgarenko, N.S. Zakharchenko, O.P. Kisarov, I.V. Olgarenko
MATHEMATICAL MODELLING AND STUDY OF FLOWS ON THE MIUSSKAYA IRRIGATION SYSTEM SIMULATION MODEL
The problems of design and implementation of simulation models in the development of operational plans of water distribution in irrigation systems (IS) when regulating by estimated volume increment are described. It is shown that to justify the applicability of this method of dispatching management the numerical study of flows in channels is required. Simulation of flows in Miusskaya IS (Rostov region) channels based on one-dimensional Sen-Venan equations is done. Numerical study of flows made it possible to justify the assumptions made in the operational management of water distribution by selected method and to define the acceptable range for this management regimes.
Flow; channel; system of Sen-Venan equations; operational water distribution; the coefficient unbalance; cycle of management.
Диспетчеризация водораспре деления на оросительных системах является последним исполнительным звеном, реализующим политику обеспечения водопо-требителей оросительной водой. Из существующих способов регулирования водо-распределения регулирование по расчётному приращению объёмов является са-.
большой вероятностью безсбросовое регулирование, обеспечивающее заявки по,
каналов. Внедрение указанного способа регулирования актуально для большинства оросительных систем, так как способствует существенному повышению качест-.
Регулирование по расчетному приращению объемов требует составления
,
короткие промежутки времени. Разработку планов рекомендуется выполнять с помощью созданной авторами имитационной модели: в соответствии с поступающими в динамике заявками водопотребителей и задаваемыми уровнями воды в нижних бьефах каналов вычисляются важные характеристики управления (уровни воды, напоры и расходы через гидротехнические сооружения, приращения объемов воды на участках каналов).
При планировании водораспределения по расчетному приращению объемов , -ционарного (кв^истационарного) режима течения к другому. Новый режим следует задавать на перегораживающих сооружениях (ПС) в момент, когда объем воды на участке достигнет величины, соответствующей этому режиму при устано-. .
Для обоснования применимости данного способа регулирования и корректного задания режимов работы каналов Миусской ОС (Ростовская область) потребовались предварительные численные исследования.
Оросительная система имеет механический водозабор из Миусского лимана с проектным расходом 5,6 м3/с. Вода по сети каналов с трапецеидальным сечением и лоткам, выполненным в бетонной облицовке, движется самотёком. Участки трапецеидальных каналов имеют ширину дна 1,5 м и длину до 3100 м, уклоны дна находятся в интервале 0,00016-0,00023. Лотки, диаметром 1,60 м и длиной 400-900 м, имеют уклоны дна от 0,00072 до 0,0011. Участки каналов соединяют перегоражи-( ),
расход. Диспетчерское регулирование водораспределения по системе каналов выполняется по циклам, продолжительностью 2 часа.
Моделирование течений в Миусской ОС выполнено на основе одномерных - . -схема, предложенная С.К. Годуновым. Для обоснования допущений управления по расчетному приращению объемов были проведены серии расчетов течений для характерных участков Миусской ОС. Исследовались течения, возникающие при наиболее «жестких» режимах регулирования, характеризующихся высокими значениями коэффициента разбаланса расходов (г) через ПС в начале очередного :
аа) - ш)
г =
Q(t)
где Q(t), Q(t + Д) — расходы воды через ПС до и после перерегулирования;
Дt = 2 мин (время установки заданного расхода через ПС, расчетный шаг).
Расчетный период составил три цикла управления (360 мин). Характер течений в циклах I и III задают постоянные во времени граничные условия:
&вХ ~О^^ЫХ> &Пвх —ОІПвьіх-
здесь 24л 2 4ы* , ашвх, (2Н1вых — расходы на входе и выходе участка канала в циклах I и 111.
В течение цикла 11 реализуется переходной режим: осуществляется набор (сброс) воды для исполнения стационарного режима цикла III. Считаем, что величину наполнения определяет глубина воды в конечном створе участка.
: -ветствовать нормам эксплуатации канала и насколько быстро после изменения расхода через ПС наступит стационарный (кв^истационарный) режим течения в цикле 111. Значения разбаланса расходов варьировались в пределах от 0,6 до 1,5. Для цикла 11 задавались условия перехода от стационарного режима цикла 1 к расходам цикла 111:
♦ без изменения наполнения канала;
♦ уменьшение наполнения (сброс до 8 % первоначального объема воды);
♦ увеличение наполнения (набор воды до 16 % первоначального объема).
В таблице приведены результаты расчета течения для варианта с увеличением наполнения и объема воды на 16 % в. Разбалансы расходов на границе циклов 11—Ш: гвх =1,38; геь«=0,8.
Таблиц
Динамика течения в трапецеидальном канале (дойна 2950 м, уклон дна 0,00023)
Время, мин Показатель Створ 1 Створ 2 Створ 3 Створ 4
Цикл I - стационарный
0 ( ) 38,0390 38,0250 38,0120 37,9980
( 3/ ) 0,3500 0,3500 0,3500 0,3500
120 ( ) 38,0465 38,0204 38,0110 38,0071
( 3/ ) 0,3500 0,3500 0,3500 0,3500
Цикл II — переходной
122 ( ) 38,0786 38,0209 38,0109 38,0043
( 3/ ) 0,5700 0,3554 0,3515 0,3880
240 ( ) 38,1565 38,1194 38,1074 38,1035
( 3/ ) 0,5700 0,5219 0,4604 0,3880
Цикл III - стационарный
142 ( ) 38,2111 38,1221 38,1071 38,0643
( 3/ ) 1,000 0,5349 0,4839 1,000
254 Уровень (м БС) 38,2440 38,1448 38,0818 38,0551
Расход ( м3/с) 1,000 0,9824 1,0139 1,000
360 ( ) 38,2381 38,1379 38,0860 38,0605
Расход ( м3/с) 1,000 0,9999 0,9999 1,000
111
максимальному по продольной координате отклонению расхода/глубины потока от установившегося значения. Расчеты показали, что с ошибкой 5 % схождение к установившемуся режиму течения происходит в течение 8—12 мин после перерегулирования расходов через ПС. Этот период существенно меньше цикла управле-
« », . .
, . ,
согласно числу Фру да, течение оставалось медленноменяющимся. Таким образом, допущения о характере течений в Миусской ОС при регулировании по расчетному приращению объемов можно принять как достаточно обоснованные.
Анализ стационарных течений и выявление допустимых границ характеристик управления удобно проводить с использованием отдельной компьютерной программы, реализующей стационарные уравнения Сен-Венана. Для каждого участка ОС рассчитаны продольные кривые водной поверхности, площади живых сечений в створах, таблицы функций:
Н(2п, Ы) и W(Qn, Ы), где Н — глубина потока в начальном створе участка; 2п — расход воды на участке при стационарном режиме; Ы регулируемых ПС глубины в конце участка; W — объем воды на участке.
Расчеты проводились последовательно по уровням расхода в интервале от минимального до форсированного и широкого набора глубин Н1.
Совокупность этих функций для системы каналов оформлена в виде базы . , -хода от одного квазистационарного режима течения к другому, надо знать соответствующее такому изменению приращение объема воды на участке канала. Это приращение объема должно быть реализовано в течение переходного цикла
(2е, - 2еы,) -т=ду,
где Д V — приращение объема воды на участке при переходе от одного стационарного режима к другому; т — продолжительность цикла регулирования; 2вх 2вьи —
расходы в начальном и конечном створах.
По мере снижения регулируемой глубины на выходе участка, кривая водной поверхности в трапецеидальных каналах преобразуется из кривой подпора в кри-. -собой кривую спада с «зависанием» глубины на входе участка. Это значит, что при задании любой глубины на выходе участка глубина на входе та же, с точностью до долей сантиметра. Эффект «зависания» глубин обусловлен тем сочетанием актуальных расходов и уклонов дна, которые характерны для участков-лотков в Миус-. -.
, , , решения стационарных уравнений. Это происходит при скорости течения в конечном створе 1,03—1,92 м3/с.
Знание особенностей динамики потоков в сети каналов конкретной ОС важно для эффективной работы с имитационной моделью управления водораспределени-, -вующего и последующего установившихся режимов. Численные исследования течений позволили выявить диапазон допустимых режимов управления в сети ка, « », -можности для повышения качества управления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ольгаренко В.М., Захарченко КС., Кисаров ОМ., Ольгаренко И.В. Оперативное водо-распределение в системах оросительных каналов // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. — 2011. — № 3. — С. 34-36.
2. Кучмент Л.С. Математическое моделирование речного стока. — Л.: Гидрометеоиздат,
1972. — 180 с.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор В.Л. Бондаренко.
Ольгаренко Владимир Иванович - Новочеркасская государственная мелиоративная академия; e-mail: [email protected]; 346411, г. Новочеркасск, ул. Щорса, 125; тел.: +786352243020; кафедра мелиорации земель; д.т.н.; профессор, член-корреспондент Рос.
Захарченко Наталья Степановна - e-mail: [email protected]; 346410, г. Новочеркасск, пер. Тузловский, 56; тел.: +79198826516; кафедра менеджмента и математического моделирования; к.т.н.; доцент.
Киеаров Олег Петрович - 346421, г. Новочеркасск, пр-т. Баклановский, 95, кв. 70; тел.: +786352265427; ; . . .; .
Ольгаренко Игорь Владимирович - 346428, г. Новочеркасск, ул. Первомайская, 164, кв. 161; тел.: +79515044819; кафедра мелиорации земель; к.т.н.; доцент.
Ol'garenko Vladimir Ivanovich - Novocherkassk State-governmental meliorative Academy; e-mail: [email protected]; 125, Schorsa street, Novocherkassk, 346411, Russia; phone: +786352243020; the department of land reclamation; dr. of eng. sc.; professor; corresponding member of the Russian Academy of agricultural sciences.
Zakharchenko Natalia Stepanovna - e-mail: [email protected]; 56, Tuzlovsky street, Novocherkassk, 346410, Russia; phone: +79198826516; the department of management and mathematical modeling; cand. of eng. sc.; associate professor.
Kisarov Oleg Petrovich - 95, Baklanovsky street, ap. 70, Novocherkassk, 346421, Russia; phone: +786352265427; the department of management and mathematical modeling; dr. of eng. sc.; professor.
Ol'garenko Igor Vladimirovich - 164, Pervomaiskaya street, ap. 164, Novocherkassk, 346428, Russia; phone: +79515044819; the department of land reclamation; cand. of eng. sc.; associate professor.
5б
