CC BY
11В ходе проведённого моделирования установлено, что условная толщина собираемого слоя зависит от отношения производительности стока к скорости течения реки. Графически данная зависимость представлена на рис. 4.
Полученные графические зависимости показывают, что при малых скоростях течения реки стоки небольшой производительности обеспечивают сбор слоя достаточно большой толщины. Однако возможность сбора значительных слоёв потока довольно резко падает. С дальнейшим увеличением скорости влияние производительности стока на толщину собираемого слоя заметно снижается. Следует ожидать некоторого значения скорости, при котором будет обеспечена возможность сбора слоя постоянной предельной толщины стоком определённой производительности. Таким образом, сток заданной производительности будет работать (гарантированно собирать соответствующий ему минимальный слой) в большом диапазоне скоростей течений.
Список литературы
[1] Чебан Е.Ю. Этин В.Л. Обзор математических моделей поведения нефтяного пятна в районе бонового заграждения // Материалы научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья» - Н. Новгород, ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2003.-С. 167-169.
[2] Чебан Е.Ю. Лукина Е.А. Постановка задачи математическою моделирования границы раздела нефть - вода при проектировании устройств по локализации аварийных разливов нефти // Материалы IX Нижегородской сессии молодых ученых. - Н. Новгород, 2003.
[3] Комаровский Д.П., Липский В.К. Взаимодействие нефтяного пятна на поверхности водотока с боновым заграждением // Природные ресурсы. - № 4. - Изд. Академии наук Республики Беларусь. - Минск, 2003.
NUMERICAL SIMULATION STREAMLINES OF THE OILBOOM
WITH COLLECTOR E. A. Lukina, E. Yu. Cheban
Oil boom failure can be prevented by installation of the collector on boom. For definition of characteristics of this device Navier-Stokes equations are solved for various current speeds. The collector is entered in the equations as a drain. The results for various current speeds and productivity of a drain are presented.
УДК 502:629.12.002.3
H. Ш. Ляпина. к. x. доцент.
И. Б. Мясникава, к. х. н., старший преподаватель.
А. А. Иконников, к. т. н., доцент.
А. Н. Бородин, студент, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВА ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ И ПРИРОДНОЙ ВОДЫ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ КОНТАКТЕ С НЕКОТОРЫМИ СУДОВЫМИ КОНСТРУКЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
В данной работе подведены итоги хронического эксперимента по влиянию продуктов деструкции судовых конструкционных материалов на некоторые показатели качества воды в системе «дистиллированная вода - материал», а также проведено сравнение данных по проводимому эксперименту «природная речная вода-материал».
Проблема экологической опасности крупногабаритных отходов судоходства стоит достаточно остро, т. к. накопление таких отходов негативно сказывается на качестве вод крупных рек России. При дальнейшем росте антропогенной нагрузки на притоки крупных рек и отдельные акватории предприятий водного транспорта, может произойти экологический регресс - снижение разнообразия сообществ, вплоть до полной ликвидации биоценоза. Выведенные из эксплуатации суда можно рассматривать как сложные отходы, так как наряду с обычными источниками загрязнений воды, характерными для функционирующего флота, появляются новые, связанные с усиленной коррозией корпуса, плохо защищенного (или незащищенного вовсе) во время отстоя. По этой причине в акватории могут регулярно поступать десятки тонн вредных веществ. Качественный состав этих загрязнений и пути их попадания в водоемы можно представить в виде двух этапов.
Первый этап характеризуется загрязнениями, связанными с коррозией корпуса и надстройки (продукты окисления железа и тяжелых металлов).
Второй этап характеризуется потерей герметичности корпуса судна (вследствие коррозии) и разрушением неметаллических конструкционных материалов, остатков груза, балласта, остатков продуктов жизнедеятельности и др.
Все эти материалы при деструкции могут ухудшить как показатели качества воды в акватории, так и электролитный состав, способствовать усилению коррозионных процессов и дальнейшей деградации неметаллических материалов.
. Таблица /
Состав модельных систем и органолептические показатели качества воды через 5 и 12 месяцев испытаний
Номер системы Материал Показатели качества воды
Цвегность, градус Прозрачность, см Запах, балл
5 12 5 12 5 12
1 Полистирол (пенопласт) 10 12 >34 >34 1 1
2 Полиамид (волокно) 17 17 30 30 2,5 2
3 Поливинилхлорид (линолеум) 11 11 >34 >34 2,5 3
4 Резина (черная) 18 12 >34 >34 2,5 3
5 Полиакрилат (волокно) 18 7 >34 >34 1 1
6 ДВП и ДСП >120 >200 4,5 5 4 5
7 Фенолоформальдегидная смола (электроизоляционные изделия) 29 15 >34 25 1,5 1,5
8 Полиметилметакрилат (оргстекло прозрачное) 29 41 32 29 1 1,5
9 Сталь 3 (гост 380-71) 30 10 0,5 0,5 1 2
10 Оцинкованное железо 28 10 2 4 1 1
11 Сталь 3 с медью 33 12,5 0,5 0,5 . 3 3
12 Асбест 12 7 23 20 1,5 2
13 Смесь всех материалов Ре/Ре(2п) >100 >150 3 2 >5 >5
14 Вода 9 10 >34 >34 0,5 0,5
Для выяснения влияния продуктов деградации судовых конструкционных материалов на некоторые показатели качества воды был проведен хронический эксперимент в течение 12 месяцев. В качестве материалов были выбраны наиболее распространенные судостроительные материалы. В ходе эксперимента определяли измене-
ние показателей качества воды в системах дистиллированная вода - материал. Состав модельных систем приведен в таблице.
В ходе работы было выяснено, что в первые 5 месяцев продукты деградации судовых конструкционных материалов производили резкое ухудшение многих показателей качества воды. Дальнейшие исследования свидетельствуют, что в течение 5...6 месяцев модельные системы «материал - вода» приходят в равновесие и дальнейших изменений показателей качества воды практически не происходит.
Через 12 месяцев испытаний определили потерю масс конструкционных материалов, а в воде определяли общее содержание ионов железа и двухвалентных металлов. Результаты хронического эксперимента представлены в таблице.
Потери масс полимерных конструкционных материалов, в основном, не превышали 2 %. Как физически и химически агрессивная среда - вода действует в основном на карбоцепные полимеры, к которым и относятся наши модельные системы. Если рассмотреть потерю массы материалов систем 3,4,5 и 8, то самая большая потеря массы приходится на гибкоцепной полимер (резина). Также несколько большая потеря масс приходится на систему 7, содержащую полярные боковые группы и связи, способные к гидролизу.
- Таблица 2
Состав модельных систем и показатели качества воды через 5 и 12 месяцев испытаний
Показатели качества воды
5 У 5 О Си 6 £ % Материал 3 И 5 І п 2 г'і О Концентрация ионов двухвалентных ионов, (мг-экв)/л Ре2+, РсЗ+, мг/л О4 О 1
5 12 12 12 5 12 5 12 12
і Полистирол (пенопласт) 6,9 7,0 5,0 6,89 * - -- - <0,2
2 Полиамид (волокно) 7,3 7,0 4,8 6,49 - - - - 1.9
3 Поливинилхлорид (линолеум) 6,9 7,1 5,7 6,69 - - -- - 0,3
4 Резина (черная) 6,7 7,1 5,2 6,81 - - - - 1,9
5 Полиахрилат (волокно) 7,4 7,1 5,7 7,00 - - - - 0,6
6 ДВП и ДСП 7,6 6,4 12,5 6,80 - - - - 9,8/ 20,7
7 Фенолоформальде-гидная смола (электроизоляционные изделия) 7,3 7,3 9,8 6,75 - - - - 2,7
8 Полиметилметакри-лат (оргстекло прозрачное) 7,3 7,0 4,4 6,70 - - - -- 0,2
9 Сталь 3 (гост 380-71) 7,2 7,1 4,5 6,72 0,15 <0,05 0,5 0,15 12,7
10 Оцинкованное железо 7,3 7,1 5,6 6,96 0,65 0,35 0,1 0,14 5,8
11 Сталь 3 с медью 7,3 7,5 5,0 7,05 0,11 0,20 0,5 0,14 11,7
12 Асбест 8,9 8,3 14,0 6,95 14,6 14,3 19,2
13 Смесь всех материалов ¥ъ!¥е(Ът1) 8,1 8,0 14,2 6,76 10,5 11,3 0,85 0,76 9,34/ 2,32
14 Вода 7,0 7,3 4,2 7,00 <0,05 <0,05 - - -
Обращает на себя внимание система 6, содержащая природные полимеры. Столь резкое ухудшение органолептических показателей качества воды связано с вымыванием низкомолекулярных компонентов системы. А большая потеря массы ДСП (20,7 %) по сравнению с ДВП (9,8 %) связано, по-видимому, с меньшим смачиванием древесной стружки полимером, что обеспечивает выход низкомолекулярных продуктов. Следует отметить тот факт, что в этой системе pH водной фазы уменьшается, а не увеличивается как во всех остальных системах. Это смещение, возможно, определяется присутствием лигносульфоната и деградацией сульфопроизводных целлюлозы.
Характер потерь масс металлических образцов в системах 9,10,11 был ожидаем. А потери массы металлических образцов системы 13 по сравнению с модельными системами 9 и 10 несколько меньше: 2,32 % и 9,34 % по сравнению с 5,8 % и 12,7 %. Это уменьшение объясняется величиной pH системы, так как минимальная скорость коррозии цинка наблюдается при pH = 10, а у железа - при pH = 14.
Обращают на себя внимание данные о содержании ионов железа в системе приведенные на рис. 1. Некоторое уменьшение содержания ионов железа в водной фазе систем видимо связано с коагуляцией золей гидроксидов железа, о чем свидетельствуют объемные охристые осадки. А незначительное снижение концентрации ионов железа в системе 13 (общая смесь) по сравнению с остальными системами можно объяснить наличием в водной фазе продуктов деградации полимерных материалов, которые играют роль стабилизаторов раствора.
-стальЭ
-оцинкованное железо -смесь материалов
■ райя, нас
Рис. 1. Изменение концентрации ионов железа
X
? 5
5. "
I
X
8
■асбест
■смесь
материалов
время, нас
Рис. 2 Изменение концентрации ионов двухвалентных металлов
В ходе эксперимента определялись концентрации ионов двухвалентных металлов в модельных системах тригонометрическим методом, которые приводятся на рис. 2. Концентрация ионов металлов в модельных системах, содержащих асбест (система 12) и смесь всех материалов (система 13) представляют большие величины. Ее снижение в системе 13 с 14,6 (мг-экв)/л до 14,3 (мг-экв)/л можно объяснить коагуляцией катионов кальция и магния в растворе.
В качестве дополнительного показателя изменения качества воды, а также для определения коррозионной агрессивности среды и электролитного состава модельных систем, были проведены измерения относительного изменения электропроводности.
Влияние вымываемых продуктов деструкции на коррозионную агрессивность воды оценивалась по относительному изменению электропроводности, которая определялась падением напряжения на постоянном резисторе, включенном последовательно с электрохимической ячейкой при пропускании переменного тока с частотой 40 кГц.
Рис. 3, Схем а определе ния элеюропроводности:
1 - источник питания; 2 - электрохимическая ячейка; 3 - постоянный резистор; 4 - милливольтметр
Как показали наблюдения, синтетические полимерные материалы (системы 1-5) приводят к увеличению электропроводности на 20...40 %. Это в первую очередь связано с невысоким уровнем изменения электролитной среды в этих системах. Электропроводность среды при введении в воду материалов ДВП и ДСП возросла практически в три раза. Присутствие минерального материала асбеста приводит к резкому увеличению (в 3,5 раза) электропроводности среды, что объясняется большим количеством катионов натрия, магния и кальция, образующихся в процессе деградации асбеста. Значение электропроводности в системе(13) - смесь всех материалов достигает наибольшего значения, т.е. имеет самую агрессивную коррозионную среду.
Для выяснения вопроса деградации и деструкции этих же материалов, в условиях более приближенных к естественным, в настоящий время проводится эксперимент по определению изменения показателей качества воды в системах речная природная вода - материал. Речная вода была набрана в месте впадения реки Оки в Волгу в районе Зеленского съезда.
По предварительным результатам эксперимента, по истечению трех месяцев, в системе природная речная вода - материал наблюдаются такая же тенденция изменения качества воды, как и в системе дистиллированная вода - материал.
Например, наихудшие показатели качества воды по запаху и цветности в обеих системах имеют ДВП и ДСП(6) и смесь всех материалов(13). Значение водородного показателя самое большее наблюдается у асбеста(12). Концентрация ионов железа значительно больше в смеси всех материалов(13), чем в остальных системах.
Подводя итог, следует отметить, что при оценке экологической нагрузки крупногабаритных отходов судоходства необходимо учитывать деградацию не только металлических, но и неметаллических конструкционных материалов, так как продукты
1
3
деградации последних не только ухудшают показатели качества воды (пусть некоторые не столь значительно), но все вместе стабилизируют коллоидный раствор ионов железа, что снижает способность водоема к самоочищению.
Список литературы
[1] Иконников А.А, Ляпина Н.Ш., Мясникова И.Б., Бородин А.Н. Влиянии продуктов деструкции судовых конструкционных материалов на некоторые показатели качества воды // Материалы научно-технической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья». - Ч. 1. — Н. Новгород: ВГАВТ, 2003. - С. 108-110.
[2] Зуев Ю.С. Разрушение полимеров под действием агрессивных сред. - М.: Химия, 1972. - С. 229.
[3] Коррозия и защита судов» справочник / Под ред. Е.Я. Люблинского, В. Д. Пирогова. - Ленинград: 1987.
THE COMPARATIVE DYNAMICS CHANGING QUALITY OF DISTILLED AND NATURAL WATER AFTER IT LONG CONTACT WITH SHIP’S CONSTRUCTIONAL MATERIALS
N. S. Lyapina, I. B. Myasnikova, A. A. Ikonnikov, A. N. Borodin
In this article was aggregated chronic experiment through influence products destruction ship's constructional materials to some factors quality of water in system distilled water -material, as well as was done comparative experimental data on doing experiment natural river water - material.
УДК 627.33
Н. В. Кочкурова, к. т. н., доцент, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5, ВГАВТ.
РАСЧЕТЫ ПОРТОВЫХ ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, РЕАЛИЗОВАННОМ В ПРОГРАММЕ А^Ув
Рассматривается исследование напряженно-деформированного состояния причальных портовых сооружений с помощью программы АУЯУЗ, основанной на методе ко-печных элементов.
Портовые гидротехнические сооружения являются конструкциями, на которые оказывают влияние интенсивные и разнообразные внешние воздействия, приводящие к изменению их прочностных и деформационных свойств.
Действие разнообразных внешних факторов, как правило, влечет за собой изменение несущей способности всего сооружения в целом или отдельных его частей. В ряде случаев эти воздействия отражаются на работе или физическом состоянии конструктивных элементов самого сооружения, а в отдельных случаях, некоторые из них действуют на механические характеристики грунтов оснований и засыпок, что также может повлечь за собой изменение несущей способности конструкций.
Учеными рассматривается многообразие различных нагрузок, таких как воздействие водно-воздушного и грунтового окружения, температурный режим конструкций, агрессивное или упрочняющее влияние перерабатываемых грузов, влияние блуждающих токов и т. д. Немаловажное влияние на работу сооружений оказывает волно-
