Метод определения силовых и геометрических характеристик деформированной сети

1) Разработана схематизация сил, приложенных к полоске сети (см. рисунок 1, 2, 3). Эта схематизация позволила использовать дифференциальные уравнения равновесия полоски разноглубинной и донной сети для расчета силовых и геометрических характеристик сети, деформированной от воздействия набегающего потока воды.

2) Разработан метод определения силовых и геометрических характеристик деформированной сети. Метод базируется на использовании схематизации работы сети, представленной выше, дифференциальных уравнениях равновесия полоски разноглубинной и донной сетей, принципа решения задачи Коши улучшенным методом Эйлера. Существо метода заключается в переборе значений величин безразмерных высот разноглубинного и донного участков сети, скорости набегающего потока воды и усилия в сети в месте ее перегиба в качестве начальных и граничных условий для интегрирования дифференциальных уравнений равновесия полоски разноглубинной и донной сетей. Перебор осуществляется до выполнения условий равенства заданных геометрических характеристик расчетным.

Метод позволяет определить форму деформированной сети (рисунок 5), скорость потока воды, расстояние верхней подборы от дна, высоту разноглубинного и донного участков сети, натяжение в месте перегиба сети и усилия в сети на каждом шаге интегрирования, усилия на концах разноглубинного и донного участков сети, углы атаки на каждом шаге интегрирования разноглубинного и донного участков сети, составляющие полного сопротивления сети, приложенные к верхней и нижней подборам, общее сопротивление сети, натяжение в оттяжке.

3) Проведены численные эксперименты для апробации разработанного метода расчета силовых и геометрических характеристик деформированной сети. На базе результатов численных экспериментов получены зависимости: общего сопротивления деформированной сети от коэффициента деформации (см. рисунок 6), относительного сопротивления разноглубинного участка деформированной сети от коэффициента деформации (см. рисунок 7), коэффициента сопротивления сети от коэффициента деформации (см. рисунок 8), коэффициента сопротивления сети от числа Рейнольдса (см. рисунок 9), общего сопротивления сети от скорости набегающего потока воды (см. рисунок 10), коэффициента деформации от скорости набегающего потока воды (см. рисунок 11).

4) Проведены эксперименты с физическими моделями с целью уточнения использующихся эмпирических формул для определения коэффициентов сопротивления сети расположенной перпендикулярно и параллельно потоку воды. Характеристики опытных образцов изменялись в соответствии с планом- матрицей экспериментов (таблица 1), в результате чего полученные данные соответствуют данным, определенным ранее путем численных экспериментов. В ходе проведения натурных экспериментов были измерены геометрические характеристики сети, скорость набегающего потока воды, натяжение в оттяжке, натяжение в месте крепления сети к дну. На основе данных экспериментов (таблица 2) получены следующие зависимости: коэффициента сопротивления сети от коэффициента деформации (см. рисунок 8), коэффициента сопротивления сети от числа Рейнольдса (см. рисунок 9), общего сопротивления сети от скорости набегающего потока воды (см. рисунок 10), коэффициента деформации от скорости набегающего потока воды (см. рисунок 11).

5) Сопоставлены результаты, полученные при помощи разработанного метода с результатами, полученными в ходе проведения экспериментов с физическими моделями. Полученные различия между расчетной скоростью набегающего потока воды и найденной экспериментальным путем потребовали уточнения расчетного алгоритма, в соответствии с чем формула для расчета коэффициента гидродинамического сопротивления сети, расположенной перпендикулярно вектору скорости набегающего потока воды, была скорректирована путем введения в нее поправочного коэффициента.

6) Получены поправочные коэффициенты для эмпирической формулы для определения коэффициента сопротивления сети расположенной перпендикулярно вектору скорости набегающего потока.

7) Получена математическая модель для расчета поправочного коэффициента сопротивления сети, расположенной перпендикулярно к вектору скорости набегающего потока воды, связывающая его с характеристиками сети.

8) Составлен уточненный алгоритм определения силовых и геометрических характеристик деформированной сети. Уточнение алгоритма заключается в использовании в расчетах коэффициента гидродинамического сопротивления сети, расположенной перпендикулярно к вектору скорости набегающего потока воды, формулы (35) и математической модели (36) вместо формулы (12).

9) Разработана методика определения глубины погружения верхней подборы сети под действием набегающего потока воды. Составлена математическая модель (37), связывающая глубину погружения верхней подборы сети с характеристиками сети, такими как высота сети, сплошность сети, длина оттяжки, сила плавучести, создаваемая оснасткой верхней подборы, а также скоростью набегающего потока воды.

10) Составлен алгоритм определения, силы плавучести, создаваемой оснасткой верхней подборы сети.

11) В результате выполненных исследований установлено:

a) Коэффициент деформации д (форма сети) оказывает значительное влияние на силовые характеристики деформированной сети, такие как ее сопротивление, коэффициент сопротивления, распределение составляющих сопротивления по подборам.

b) Численные значения коэффициента сопротивления деформированной сети при увеличении деформации снижаются, при этом имеется существенное влияние сплошности.

c) Связь между скоростью набегающего потока воды и коэффициентом деформации близка к линейной.

d) Сопротивление деформированной сети, в отличие от плоской, имеет для некоторых сочетаний характеристик не квадратичную зависимость от скорости потока воды, а близкую к линейной.

e) В целом экспериментальные данные подтвердили характер зависимостей, приведенных выше.

ВЫВОД

В результате проведенных исследований удалось решить следующие поставленные задачи:

1) Разработать схематизацию сил, приложенных к полоске сети.

2) Разработать метод определения силовых и геометрических характеристик деформированной сети.

3) Провести эксперименты с целью уточнения использующихся в разработанном методе эмпирических формул для определения коэффициентов сопротивления сети расположенной перпендикулярно и параллельно потоку воды.

4) Сопоставить результаты, полученные при использовании разработанного метода с результатами, полученными в ходе проведения экспериментов.

5) Получить поправочные коэффициенты для эмпирических формул нахождения коэффициентов сопротивления сети, расположенной перпендикулярно и параллельно потоку воды.

6) Составить уточненный алгоритм определения силовых и геометрических характеристик деформированной сети.

7) Разработать метод расчета глубины погружения верхней подборы сетной детали невода при увеличении скорости набегающего потока воды.

8) Разработать метод определения силы плавучести, создаваемой оснасткой верхней подборы сетной детали невода.

Список публикаций по теме работы

1 Попов С. В., Розенштейн М. М. Методика расчета гидродинамического коэффициента сопротивления сети при ее деформации // Рыбное хозяйство. 2011. № 5. С. 102-105.

2 Попов С. В. К расчету глубины погружения сетных деталей ставного подвесного // Рыбное хозяйство. 2011. № 5. С. 105-106.

3 Rozenshtein M. M.. Popov S.V. Method of calculations of resistance of the deformed fishing net. Contributions on the Theory of Fishing Gears and Related Marine Systems, vol. 5, Germans Association for Marine Technology. 2007. P. 111-121.

4 Розенштейн М. М., Попов С. В. Алгоритм расчета геометрических и силовых характеристик деформированной сети // «Инновации в науке и образовании-2007»: V Междунар. науч. конф. (23-25 окт.): тр. науч. конф.: в 2 ч. / ФГОУ ВПО «КГТУ». Калининград, 2007. Ч. 2. С. 206-210.

5 Розенштейн М. М., Попов С. В. Методика расчета силовых и геометрических характеристик деформированной сети // Материалы Международной научной конференции // Владивосток: Издательство ДГТРУ, 2008. С. 207-212.

6 Розенштейн М. М., Попов С. В. Результаты экспериментальной проверки алгоритма расчета коэффициента сопротивления деформированной сети // Калининград: Издательство ФГУ ВПО «КГТУ» // Известия КГТУ, № 20. 2011. С. 125-132.

7 Розенштейн М. М., Попов С. В. Определение формы сети под действием течения // Материалы Международной научно-технической конференции «Наука и образование 2011» Мурманск, 2011. С. 1085-1095.

Размещено на Allbest.ru