Содержание к диссертации
Введение
I.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 12
1.1. Транспортные средства как элемент рыбопропускного комплекса 12
1.2.Опыт транспортировки живой рыбы и требования к системе жизнеобеспечения рыбовозных контейнеров 15
1.3.Возможные варианты создания требуемых гидравли ческих условий в емкости для перевозки рыбы 19
1.4.Выбор конструкции-проточной части контейнера и
блока питания 21
1.5.Постановка задач исследований 29
1.6.Выводы по первой главе 31
2. ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕШМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СТРУЙНЫХ НАСОСОВ 33
2.I.Предварительные замечания 33
2.2. Расчет струйных аппаратов на базе уравнения количества движения 36
2.3.Расчет струйных аппаратов на базе уравнения баланса энергий 41
2.4.Расчет струйных аппаратов на базе совместного решения уравнений баланса энергий и количества
движения 43.
2.5.Расчет струйных аппаратов на основании использования теории турбулентной струи 48
стр. 2.6.Обоснование принятого метода расчета ежекторного блока питания контейнера 53
2.7.Оптимизация процесса зжектирования 55
2.8.Исследование многоструйности в эжекторных установках 60
2.9.Выводы по второй главе 63
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЦИРКУЛЯЦИИ ВОДЫ В КОНТЕЙНЕРЕ бб
3.1.Предварительные указания бб
3.2. Основное уравнение движения жидкости в контейнере 67
3.3.Потери энергии при смешении потоков и исследованив процесса зжектирования 70
3.4.Основные расчетные зависимости для определения гидравлических параметров циркуляции 76
3.5.Коэффициент полезного действия и оценка энергетических возможностей эжектора 81
3.6.Определение оптимальных параметров блока питания 85
3.7.Выводы по третьей главе 88
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ РЫБ0В03Н0Г0 КОНТЕЙНЕРА 91
4.1. Предварительные указания и постановка задач экспериментальных исследований 91
4.2.Методика проведения исследований на аэродина мических моделях 92
4.3.Методика проведения лабораторных гидравлических исследований 97
4.4.Влияние многоструйности на производительность эжекторного блока питания 104
4.5.Исследование влияния геометрии проточной части контейнера на скорость циркуляционного водообмена .. 112 4.6.Изучение характера распределения скоростей течения в рабочей камере и расчет длины участка повышенной неравномерности 119
4.7.Определение коэффициентов гидравлического сопротивления элементов проточной части и контейнера в целом 134
4.8.Влияние живой рыбы в рабочей камере контейнера на энергетическую характеристику системы жизнеобе спечения 152
4.9.Натурные гидравлические исследования опытного образца рыбовозного контейнера 156
4.10.Проверка достоверности теоретических зависимостей по данным лабораторных и натурных исследований 161
4.П.Выводы по четвертой главе 165
5. МЕТОДИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КОНТЕЙНЕРА,ВНЕДННИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРТА 168
5.1. Методика гидравлического расчета системы цирку ляционного водообмена рыбовозного контейнера 168
5.2.Внедрение результатов исследований 175
стр 5.3. Экономическая эффективность от внедрения результатов
гидравлических исследований автомобильного рыбовозного
контейнера 178
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 182
ЛИТЕРАТУРА 184
- Транспортные средства как элемент рыбопропускного комплекса
- Расчет струйных аппаратов на базе уравнения количества движения
- Основное уравнение движения жидкости в контейнере
- Предварительные указания и постановка задач экспериментальных исследований
- Методика гидравлического расчета системы цирку ляционного водообмена рыбовозного контейнера
Транспортные средства как элемент рыбопропускного комплекса
Строительство гидротехнических сооружений резко изменило естественную среду обитания и воспроизводства рыб. Расположенные на реках гидроузлы преградили пути миграции рыб,нарушая сложившиеся веками условия,к которым рыба биологически была приспособлена. Все это вызвало снижение численности рыбного стада,обитающего в бассейнах рек нашей страны / б /.
Для предотвращения отрицательных последствий гидротехнического строительства на воспроизводство рыбных запасов разработан комплекс мероприятий,предусматривающий искусственное разведение рыб,создание широкой сети искусственных нерестилищ /13/ и пропуск рыб через плотины к местам их нереста /30,31/. Учитывая, что воспроизводство многих видов рыб не может быть обеспечено лишь искусственным рыборазведением /71/, а создание искусственных нерестилищ полностью не решает всю проблему /70/, большую актуальность приобрело возведение рыбопропускных сооружений, обеспечивающих пропуск к местам нереста необходимого числа производителей рыб.
Все рыбопропускные сооружения по способу перемещения в них рыбы делятся на две группы /92/.
К первой относятся рыбоходы, в которых рыба перемещается благодаря своему активному движению. Такого типа сооружения строятся на гидроузлах с небольшими напорами и используются для сильных пловцов,в основном лососевых пород рыб.
Во вторую группу входят сооружениям которых перемещение рыбы осуществляется принудительно,путем ее шлюзования или транспортировки в специальных контейнерах. К ним относятся рыбопропускные шлюзы,рыбоподъемники,сооружения для накопления и транспортировки рыбы /22/.
На современном этапе основное внимание в нашей стране уделяется рыбопропускным сооружениям второй группы,которые позволяют пропустить производителей рыб через плотины с относительно высоким напором. Построенные в последнее десятилетие рыбопропускной шлюз Кочетовского гидроузла на р.Дон и Краснодарский рыбоподъемник на р.Кубань по пропуску рыбы не имеют аналогов в мировой практике. Однако возведение рыбопропускного сооружения в створе гидроузла не всегда возможно ввиду отсутствия благоприятных гидравлических условий в верхнем или нижнем бьефах плотины. Отсутствие же рыбопропускного сооружения в одном из звеньев каскада гидроузлов не позволит производителям пройти к местам нереста,расположенным в истоках рек. Кроме того,наличие в каскаде гидроузлов большого количества плотин приводит к уменьшению численности стада рыб,подошедшего к последней ступени каскада,что значительно снижает эффективность рыбопропуска.
В этом случае применяют такую схему,при которой рыбопропускное сооружение строится только на первом гидроузле каскада,а накопленная рыба транспортируется к местам нереста в специальных контейнерах. В США широко применяют этот способ и пойманную рыбу загружают в автоцистерны и перевозят в водохранилище. По мнению американских специалистов,такая схема является экономичным решением и позволяет осуществить пропуск идущей на нерест рыбы при любой высоте плотины /105,108/.
Расчет струйных аппаратов на базе уравнения количества движения
Исходя из задач исследований,сформулированных в предыдущей главе,необходимо рассмотреть существующие теоретические и экспериментальные исследования струйных аппаратов с целью выбора научно-обоснованного метода расчета эжекторного блока питания,назначения его конструкции и оптимизации процесса эжектирования.
Эффект эжекции,при котором один поток (эжекционный) подсасывает другой (эжектируемый),широко используется во многих областях техники и имеет более чем вековую историю (первый струйный насос был применен в 1852 г. Д.Томпсоном). Поэтому в научно-технической литературе имеется значительный объем информации,посвященный расчету,конструированию и исследованиям струйных аппаратов. Однако общепринятой методики расчета эжекторов до настоящего времени не существует. Это связано с тем,что рабочий процесс таких устройств является сложным и недостаточно изученным до сих пор явлением. Кроме того,диапазон применения и конструктивного оформления струйных аппаратов настолько широк,что существующие методы расчета не в состоянии охватить все области ихт использования.
Анализ существующих методов расчета струйных аппаратов показывает,что общим для них является использование уравнения энергий, записанных отдельно для нагнетательного,всасывающего и смесительного трубопроводов. Для записи уравнений,отражающих процесс в камере смешения,авторы используют различные методы,основанные на законах гидродинамики. Поэтому наибольший интерес представляет расчет именно этого участка струйного аппарата,отличающийся разнообразием форм записи основных уравнений. В своем анализе не будем останавливаться на порядке расчета,который в большинстве случаев предусматривает нахождение оптимальных параметров с последующей подстановкой их значений в основное уравнение.
В зависимости от использования при расчете струйных аппаратов тех или иных уравнений гидродинамики все существующие работы в этой области можно разделить на четыре основные группы. Первая применяет для решения задачи уравнение количества движения. Вторая использует уравнение баланса полных энергий. Третья получает основное уравнение для расчета эжектора,решая совместно уравнение баланса энергий и количества движения. Четвертая рассматривает процесс эжектирования как растекание струи в окружающей ее среде,используя при выводе уравнений эжекции теорию турбулентных струй.
Принимая за основу одинаковые начальные предпосылки,авторы часто получают различные в написании и физической сущности зависимости. Поэтому в настоящем разделе работы рассмотрены методы расчета эжекторов,классифицированные по вышеуказанным признакам, и дан анализ полученных зависимостей с целью обоснования принятого в дальнейшем способа расчета. Кроме того,здесь изложены теоретические и экспериментальные исследования по оптимизации процесса эжектирования и влияния многоструйности на производительность эжектора.
Основное уравнение движения жидкости в контейнере
.Предварительные указания и постановка задач экспериментальных исследований
Так как источником движения воды в контейнере является эжек-торный блок питания,гидравлический расчет системы циркуляции сводится основному расчету эжектора, в результате которого требуется подобрать такие геометрические параметры,при которых с минимальными затратами мощности силового оборудования блок питания работал бы в режиме максимальной производительности.
Рассмотрим,в какой мере решение этой задачи возможно с точки зрения известных зависимостей принятого нами способа расчета. Во-первых,полученные другими авторами основные уравнения эжекции не учитывают специфики и особенностей конструкции контейнера и поэтому не могут быть использованы для его расчета. Во-вторых, эти уравнения,как правило,выражают зависимость относительного напора эжектора от его гидравлических и геометрических параметров и не позволяют решить их относительно коэффициента эжекции, так как они сложны по структуре и содержат в себе искомую величину в кубической степени. В-третьих,предложенные авторами зависимости для расчета оптимальных параметров эжекции не всегда правильно отражают физическую сущность процесса и определяются без учета режима работы нагнетателя для подачи рабочей жидкости. Кроме того,авторами работ мало внимания уделяется анализу и энергетической оценке потерь энергии в камере смешения эжектора. В ряде случаев,указывая на существо этих потерь,они не дали им количественной оценки,что позволило бы более правильно подойти к вопросу проектирования струйных аппаратов и раскрыть энергетическую сущность процесса эжектирования. Поэтому в настоящей работе предпринята попытка развить на энергетической основе теоретические исследования струйных насосов и получить основные зависимости для расчета системы циркуляции воды в рыбовозном контейнере. Следует отметить,что полученные ниже расчетные зависимости являются частным случаем общей энергетической теории расчета струйных аппаратов,опубликованной автором в ряде статей /65,68/.
В дальнейшем изложении настоящей работы вывод основных зависимостей выполнен для расчетной схемы рыбовозного контейнера, представленной на рис.3.I,где даны буквенные обозначения необходимых параметров,которые были использованы нами при анализе известных методов расчета (см. 2.1).
Расчетная схема и гидравлические условия в выбранных сечениях предполагают при выводе основных зависимостей сделать следующие допущения: I. Наконечник сопла совпадает с началом камеры смешения. 2. В выбранных расчетных сечениях наблюдается параллельноструйное движение с нормальной эпюрой скоростей,что хорошо согласуется с опытными данными и позволяет принять Давление на входе в камеру смешения одинаков о, как в струе,так и окружающей ее жидкости,что,согласно /62/,не приводит к существенной ошибке. 4. При определении и анализе потерь энергии на смешение потоков потерями на трение вдоль камеры смешения пренебрегаем ввиду их малости по сравнению с другими потерями.
Методика гидравлического расчета системы цирку ляционного водообмена рыбовозного контейнера
В результате расчета необходимо: I.Определить параметры эжекторного блока питания,обеспечивающего требуемые скорости течения в рабочей камере. 2.Подобрать насосную установку,обеспечивающую работу блока питания с максимальньм КГЩ и учитывающую возможность размещения ее силового оборудования на транспортном средстве. 3.Определить геометрические размеры направляющего аппарата,позволяющего обеспечить в рабочей камере гидравлический режим с равномерным распределением скоростей. 4.Построить эксплуатационную характеристику контейнера.
Исходные данные для расчета: I.Производительность контейнера по перевозимой рыбе ( Р Ограничения по габаритам контейнера задаваемые из условий размещения его на транспортном средстве. 3.Схема соединительных трубопроводов.
Допускаемая мощность силового оборудования системы циркуляции ( э ),назначаемая из условия размещения его на транспорт -ном средстве.
Пороговая скорость для каждого вида и размерного состава перевозимой рыбы ( irn ). б.Допустимая концентрация рыб в рабочей камере Порядок расчета
Определяют объем рабочей камеры Ж, по формуле где удельный вес рыбы (допускается принимать 2.Назначают ширину боковых проемов іС и вычисляют длину рабочей камеры
Рассчитывают среднюю глубину воды в рабочей камере по формуле:
Находят разность между наименьшей и наибольшей пороговыми скоростями и вычисляют угол наклона дна рабочей камеры для создания Air в начальном и конечном ее сечениях где vp- средняя величина пороговой скорости, Определяют глубину потока соответственно в начальном и конечном сечениях рабочей камеры и камеры смешения
