Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ . Современный уровень и дальнейшее развитие техники неразрывно связаны с интенсификацией режимов работы как отдельных машин,аппаратов,так и целых корабельных систем и устройств. В этой связи зажное значение приобретают исследования и расчеты нестационарных процессов в трубопроводах корабельных систем, систем управления,систем морского трубопроводного транспорта.
Обычно используемый для исследования стационарных режимов работы систем и устройств экспериментальный метод в ряде случаев затруднительно применить к нестационарным процессам по причине сложности организации подобных экспериментов. 3 силу этого при исследованиях нестационарных процессов широко используются методы математического моделирования.
Наиболее ответственный этап исследований,связанных с нестационарными процессами,состоит з построении рациональной математической модели физических явлении, которая должна обеспечить необходимую точность расчетов и отражать их основные качественные особенности.Применяемая з настоящее зремя з качест-зе основной з практических расчетах нестационарных процессов з корабельных системах однсмерная модель течения,базирующаяся на использовании гипотезы кзазисташонарности, з случае быстротекущих переходных процессов з некоторых случаях приводит к значительным (до 30 7.) погрешностям з определении гидродинамических характеристик потока.
Особой трудностью при разработке математической модели нестационарного течения з трубопроводах является определение амплитудно-фазовых характеристик нестационарных физических зе-личин - скорости, плотности, давления одновременно зо многих точках живых сечений потека.При этом экспериментальная аппаратура по возможности не должна зносить искажений в исследуемое течение, обладать очень малой инерционностью при одновременном измерении характеристик з физическом эксперименте. Разработанная в настоящее зремя экспериментальная аппаратура еще не з
полной мере удовлетворяет этим требованиям,что затрудняет создание адекватной модели нестационарного течения,не опирающейся на гипотезу квазистащонарности.
Решение этой проблемы предлагается вести на основе использования метода газогидравлической аналогии, который позволяет проводить исследования процессов нестационарного взаимодействия элементов корабельных систем и устройств со значительным (до 1000 - кратного ) замедлением во времени.
Настоящая работа выполнена в связи с необходимостью создания методики учета влияния несгационарности на гидродинамические процессы в трубопроводах и при работе отдельных корабельных устройств, что позволит обоснованно назначать границы применения гипотезы квазистационарности и обосновать запасы мощности насосов, вентиляторов и других источников энергии в корабельных трубопроводных системах .
ПЕЛЫ) РАБОТЫ является определение влияния нестационарности течения на величину гидравлических сопротивлений.Для достижения поставленной цели в работе последовательно решались следующие задачи:
обоснование применения метода газогидравлической аналогии (ГГА) для исследования дозвуковых течений в корабельных системах;
разработка техники и методики проведения экспериментов на установке ГГА;
обоснование бесконтактного оптического метода для определения поля гидродинамических давлений при моделировании нестационарных процессов;
обоснование применения метода ГГА для моделирования одномерных нестационарных течений в трубопроводах;
- экспериментальное аналоговое исследование простейших
, типов местных сопротивлений;
разработка методов учета влияния нестационарное течения на величину местных сопротивлений в трубопроводах;
обоснование границ применимости гипотезы квазистационарности при проведении расчетов переходных процессов з трубопроводах корабельных систем.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Проведенное исследование носит экспериментальный характер, для него характерны следующие методические приемы:
анализ физической картины процессов, сопровождающих нестационарные течения реальных жидкостей и газов в трубопроводах корабельных систем и воды в гидролотке установки ГГА;
определение границ применимости метода ГТА;
разработка методов проведения аналогового эксперимента, обеспечивающего минимальные погрешности измерений;
разработка методов пересчета результатов модельных экспериментов на натуру;
анализ экспериментальных данных и разработка рекомендаций по учету влияния нестационарности на гидромеханические характеристики элементов судовых систем;
НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной работы определяется тем, что в ней:
разработан бесконтактный оптический метод измерения глубин потока з гидролотке установки ГГА, позволяющий производить определение мгновенного поля гидродинамических давлений на модели течения;
разработаны методы устранения некоторых погрешностей при проведении аналогового эксперимента на установке ГГА;
обосновано применение метода газогидравлической аналогии для моделирования струйных дозвуковых течений газа,;жидкости и двухфазных сред з трубопроводах корабельных систем;
обоснована методика проведения моделирования одномерных течений з трубах; при этом моделирование предлагается вести в канале с вертикальными стенками, поперечные размеры которого пропорциональны площади поперечного сечения натурной трубы;
определены нестационарные коэффициенты простейших местных сопротивлений з трубопроводах;
определены границы применимости гипотезы квазистационарности по предлагаемому критерию подобия;
-разработана расчетная методика приближенной оценки влияния нестационарности течения на величину гидравлического сопротивления трубопроводов.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ подтверждается рядом тестовых экспериментов по моделированию ставдонарных течений,результаты которых имеют хорошее совпадение с теоретически предсказанными, а также соответствием полученных данных фундаментальным соотношениям механики.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ДЕННОСТЬ. Разработанный метод аналогового моделирования нестационарных процессов может быть использован в научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях как инструмент, позволяющий исследовать нестационарные процессы взаимодействия в жидкости и газе.Полученные экспериментальные материалы обладают и общенаучной ценностью,но в основном подлежат передаче организациям, занимающимся проектированием корабельных систем.
АПРОБАДИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты работы были доложены на всесоюзной конференции по нестационарной гидромеханике судна (Севастополь,1982),а также на научно-технических конференциях Архангельского областного правления НТО им. А.Н. Крылова в 1982,1984,1986,1987,1990,1994,1996 годах и на заседаниях кафедры "Проектирование и конструкция корпуса судна" в Севмашвтузе. Публикации перечислены в конце автореферата.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов,заключения (162 страниц машинописного текста, 55 рисунков), библиографии (101 наименование) и приложения.