Метод расчета характеристик разноглубинного трала

Размещено на http://www.allbest.ru/

метод расчета характеристик разноглубинного трала

А.А. Недоступ

Аннотация

В статье приводится метод расчета гидродинамического сопротивления канатно-сетной части разноглубинного трала R_x, а также вертикального H и горизонтального L раскрытий устья трала по гужу. Метод расчета базируется на экспериментальных исследованиях моделей тралов в гидроканале ЗАО «МариНПО» (г. Калининград).

разноглубинный трал, гидродинамическое сопротивление, устье трала

Annotation

Method of calculation of characteristics of MID-WATER TRAWL

A.A. Nedostup

In article the method of calculation of drag of mid-water trawl net R_x, and also vertical H and horizontal L sizes of a mouth of trawls on a tug is resulted. The calculation method is based on experimental researches of models of trawls in a flume tank of Company "MariNPO" are lead (Kaliningrad).

Введение

Изучая гидродинамику разноглубинного трала (далее РТ) в натурных условиях на натурном объекте, можно получить данные по функциональной зависимости, связывающей все элементы трала, но при этом не установить, что и как влияет на гидродинамические характеристики каждого элемента в отдельности. Наибольшее распространение у нас и за рубежом получили экспериментальные исследования натурных РТ.

Испытание тралов в морских условиях сопряжено с большими экономическими затратами. Поэтому исследуют в большинстве случаев силовые и геометрические характеристики РТ теоретически и экспериментально на моделях. Исследованию силовых и геометрических характеристик физических моделей РТ посвящены работы [1-3, 5-15, 20-33].

Цель настоящей статьи состоит в разработке метода расчета силовых и геометрических характеристик разноглубинного трала. К силовым и геометрическим характеристикам отнесем наиболее важные, которые необходимо обеспечить при проектировании РТ: гидродинамическое сопротивление канатно-сетной части трала; вертикальное и горизонтальное раскрытия устья трала (по гужу). Процесс движения разноглубинного трала рассматривается в стационарной постановке без учета улова.

Метод

разноглубинный трал гидродинамика сопротивление

Сопротивление канатно-сетной части трала R_x определяется по формуле:

, (1)

где c_x - коэффициент гидродинамического сопротивления канатно-сетной части трала, определяемый непосредственно по результатам экспериментов или вычисляемый на основе экспериментальных данных; с - плотность воды; V - скорость буксировки трала; F_н - площадь канатов и ниток траловой оболочки.

Определение значения коэффициента c_x для конкретных конструкций тралов и условий их движения и составляет существо проблемы расчёта сопротивления его канатно-сетной части. Для её решения используются различные подходы [5,8,20]. Представим гидродинамический коэффициент в автомодельной области по числу Re?600 в виде [22]:

. (2)

где F_o - сплошность траловой оболочки; б - угол атаки меридиана траловой оболочки.

Сплошность траловой оболочки F_o определяется по выражению:

, (3)

где d_c - среднее взвешенное значение диаметра ниток и канатов траловой оболочки; a_c - среднее взвешенное значение шага ячеи траловой оболочки; u_xc - среднее взвешенное значение характеристики формы ячеи траловой оболочки в поперечном сечении; u_yc - среднее взвешенное значение характеристики формы ячеи траловой оболочки в продольном сечении.

Гидродинамический коэффициент сопротивления c_x траловой оболочки представим в виде [2]:

, (4)

где k=0,04 - размерный коэффициент, град^-1; формула (4) справедлива в диапазоне 5⁰?б?16⁰ [8].

Угол атаки б меридиана траловой оболочки представим в виде [8,20]:

, (5)

где A(ф,о,ч) - приращение угла атаки меридиана траловой оболочки, зависящее от безразмерных сил (ф - безразмерная распорная сила траловой доски, ф=R_yd/(R_x+R_xо), где R_yd - распорная сила траловой доски; R_xо - сопротивление оснастки подбор трала [20]; о - безразмерная подъемная сила оснастки верхней подборы о=Q/(R_x+R_xо), где Q - подъемная сила оснастки верхней подборы; ч - безразмерная заглубляющая сила оснастки нижней подборы и грузов-углубителей ч=(G_z+2G_g)/(R_x+R_xо), где G_z - вес в воде оснастки нижней подборы и грузов-углубителей G_g); P - конструктивный параметр траловой оболочки [4].

Конструктивный параметр P траловой оболочки представлен в виде:

, (6)

где I - количество пластей, образующих сетную конструкцию; C_c - среднее взвешенное значение цикла кройки боковых кромок сетных пластин.

Отметим, что

, (7)

где F_u=рHL/4 - площадь устья трала (H - вертикальное раскрытие трала по гужу; L - горизонтальное раскрытие устья трала по гужу), форма устья трала рассматривается в виде эллипса; F_f=УF_fi - фиктивная площадь оболочки трала; c - коэффициент, учитывающий форму устья трала, c=8л/(3л²+2л+3), где л=H/L (при л=1 форма устья трала по гужу - окружность, а при л?1 - эллипс).

Тогда запишем выражение:

. (8)

При использовании формулы (8) для расчета угла атаки б по формуле (5) остается не ясным, как определить параметры раскрытия устья РТ H и L, которые напрямую влияют на значение б. Можно использовать алгоритм расчета характеристик раскрытия устья РТ [6], но при этом необходимо ограничиваться диапазоном исследуемых характеристик.

Параметр A(ф,о,ч) (5) определяется по формулам:

, (9)

где з=ф/ч и

. (10)

Заметим, что зависимость A(ф)=f(ф) представляет собой экспонентную функцию, обращенную ветвями вниз с максимальным значением A(ф)=9,3 град. A(о)=f(о) представляет собой параболическую функцию, обращенную ветвями вниз с максимальным значением A(о)=10 град, A(ч)=f(ч) представляет собой функцию, обращенную ветвями вниз с максимальным значением A(ч)=17 град.

Система (10) справедлива в диапазоне физических условий: 0,084?ф?0,4; 0,03?о?0,33; 0,07?ч?0,297; 0,73?з?2,58. Вне указанных диапазонов воспользоваться системой (10) невозможно. Гипотетически можно представить, что для конкретного трала с известной величиной F_o при увеличении характеристик ф, о и ч угол атаки б меридиана траловой оболочки увеличивается и стремится к некоторому предельному значению б>б_пр. При условии 2ф=о+ч форма устья РТ приближена к окружности. В случае если 2ф?о+ч, устье трала принимает форму эллипса, тогда имеет место зависимость вида:

. (11)

На основании вышеуказанного необходимо уточнить метод расчета силовых R_x и геометрических H, L характеристик РТ. Для этого расчета были проведены эксперименты с аналогами РТ в гидроканале ЗАО «МариНПО» (г. Калининград) с 1999 по 2007 гг. [8 - 15].

Экспериментальная часть

На основании рейсового отчета 2764 РО БМРТ 0607 «Гангут» в районы Серединно-Атлантического хребта и Центрально-Восточной Атлантики в период декабрь 1981 - май 1982 г. были выбраны два натурных разноглубинных трала 130/1120 и 80/150 [21]. Их характеристики указаны в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Силовые, конструктивные и геометрические характеристики РТ 130/1120

Примечание: L_d - расстояние между траловыми досками; =2++

Таблица 2

Силовые, конструктивные и геометрические характеристики РТ 80/150

Аналоги РТ отличались конструктивными и силовыми характеристиками. Экспериментальные силовые, конструктивные и геометрические характеристики моделей РТ 130/1120 и 80/150 приведены в табл. 3.

Таблица 3

Силовые и геометрические характеристики моделей РТ 130/1120 и 80/150

На основании экспериментальных данных получена эмпирическая зависимость отношений раскрытий устья трала л от безразмерных сил для РТ:

, (12)

где

. (13)

Формула (13) справедлива в диапазоне физических условий 0,65?л?2,0 и 0,6?ц?3,0. Так как щ=cP=F_u/F_f, или по аналогии с исследованиями [5,20]:

. (14)

Введем безразмерную результирующую силу:

. (15)

На основании данных табл. 1 - 3 из формулы (4) определим значения б:

. (16)

Представим при условии A(ш)=A(ф,о,ч) формулу (5) в виде:

, (17)

где A - силовой параметр траловой оболочки (град); B(щ) - конструктивный параметр траловой оболочки (град).

Разделим левую и правую части выражения (17) на параметр A, получим:

. (18)

Представим безразмерный угол атаки меридиана траловой оболочки как и=б/A. Так как параметр B(щ) учитывает влияние величин щ и F_o на значение б, то имеет место зависимость вида и=f(ш,щ) при условии щ0,02:

, (19)

где B(щ)/A=-e^-4,5.

Формула (19) свидетельствует о тесной взаимосвязи безразмерного угла атаки и траловой оболочки и безразмерных сил ш, приложенных к устью трала.

На основании экспериментальных данных (см. табл. 1, 2 и 3) зависимость щ=f(ш,F_o) имеет вид, при условии щ0,02:

. (20)

Для примера приведем расчетные силовые и геометрические характеристики натурных РТ: 70/370, 118/620 и 76/336, имеющие параметры, которые приведены в табл. 4.

Таблица 4

Характеристики натурных РТ 70/370, 118/620 и 76/336

Примечание. F_д - площадь траловой доски (тип Зюберкрюбера); F_щ - площадь гидродинамического щитка. В расчете принято при изменении H и L сплошность F_o=const и условия: =1034кг/м³; =1,1·10^-6м²/с, где н - коэффициент кинематической вязкости воды

На основании приведенных выше формул (1) - (12) составим алгоритм расчета силовых и геометрических характеристик РТ (см. рис. 1).

На рис. 2 изображены формы устья натурного РТ 76/336 при различной скорости траления V.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Алгоритм расчета силовых и геометрических характеристик РТ

Рис. 2 Форма устья РТ 76/336 в зависимости от скорости траления V

Выводы

Проведены исследования аналогов разноглубинных тралов в гидроканале ЗАО «МариНПО» (г. Калининград), получены экспериментальные данные аналогов тралов по сопротивлению R_x и раскрытиям устья трала H, L и др.

Приведен метод расчета геометрических и силовых характеристик разноглубинных тралов. Метод расчета силовых и геометрических характеристик разноглубинных тралов базируется на использовании конечных эмпирических зависимостей (12) - (20), связывающих геометрические и силовые характеристики РТ (в диапазоне характеристик 600Re; 0,007F_o0,28; 0,65?л?2,0; 0,6?ц?3,0; 0,29ш0,54; 0,7и0,95; 5⁰б16⁰; щ0,02). Метод позволяет: с 9%-ной точностью определить сопротивление канатно-сетной части разноглубинного трала R_x; с 10%-ной точностью определить вертикальное и горизонтальное раскрытия устья разноглубинного трала H и L, исходя из предположения, что форма устья соответствует эллипсу или окружности.

Список литературы

1. Белов В.А. Гидродинамика нитей, сетей и сетных орудий лова/ В.А. Белов. Калининград: КГТУ, 2000. 198 с.

2. Дверник А.В. Совершенствование методики расчёта сопротивления рыболовного трала: дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук / А.В. Дверник. Калининград: КТИРПХ, 1971. 254 с.

3. Долин Г.М. Исследование масштабного эффекта при моделировании канатных тралов // Теория, проектирование и эксплуатация рыболовных систем: сборник научных трудов / КТИРПиХ. Калининград, 1981. Вып. 95. С. 57-62.

4. Дудко С. Сопротивление сетей конической формы с круглым основанием / С. Дудко // Рыбное хозяйство. 1986. №4. С. 51-53.

5. Жуков В.П. Расчет сопротивления сетной части четырехпластных тралов / В.П. Жуков, В.И. Лунин // Рыбное хозяйство. 1975. №2. С. 58-59.

6. Козлов А.А. Метод расчёта гидромеханических сил, действующих на канатно-сетную часть трала, для моделирования динамических режимов движения траловой системы / А.А. Козлов, А.А. Недоступ, М.М. Розенштейн // Рыбное хозяйство. Серия “Промышленное рыболовство”: Информационный пакет ВНИЭРХ. М., 2000. Вып. 1. С. 1-9.

7. Коротков В.К. Раскрытие ячей и форма мотенной части разноглубинных тралов / В.К. Коротков // Совершенствование орудий промышленного рыболовства в связи с поведением гидробионтов: сборник научных трудов / ВНИРО. М., 1990. С. 38-44.

8. Недоступ А.А. Исследование гидродинамического коэффициента сопротивления тралов: дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук / А.А. Недоступ. Калининград: КГТУ, 1999. 194 с.

9. Недоступ А.А. К определению масштабного эффекта при моделировании трала в гидроканале ЗАО «МариНПО / А.А. Недоступ, М.В. Бекшаев, А.Г. Поддубный // Промышленное рыболовство: сборник научных трудов кафедры ПР / КГТУ. Калининград, 2004а. С. 43-48.

10. Недоступ А.А. Относительная площадь траловой оболочки как основная характеристика, влияющая на гидродинамический коэффициент сопротивления канатно-сетной части трала / А.А. Недоступ, М.В. Бекшаев, А.Г. Поддубный // Промышленное рыболовство: сборник научных трудов кафедры ПР / КГТУ. Калининград, 2004б. С. 38-42.

11. Недоступ А.А. Исследование масштабного эффекта при моделировании стационарных режимов движения разноглубинной траловой системы в гидроканале и опытовом бассейне / А.А. Недоступ // Промышленное рыболовство: сборник научных трудов кафедры промышленного рыболовства, посвященный 90-летию кафедры ПР/ КГТУ. Калининград, 2005а. С. 41-49.

12. Недоступ А.А. Расчет координат кабельной линии разноглубинной траловой системы / А.А. Недоступ // Промышленное рыболовство: сборник научных трудов кафедры промышленного рыболовства, посвященный 90-летию кафедры ПР/ КГТУ. Калининград, 2005б. С. 96-103.

13. Недоступ А.А. Исследование масштабного эффекта при моделировании стационарных режимов движения разноглубинной траловой системы / А.А. Недоступ // Известия КГТУ. 2006а. С. 72-76.

14. Недоступ А.А. Масштабный эффект при моделировании разноглубинной траловой системы / А.А. Недоступ // XIII международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов»: материалы. Т. IV. МГУ имени М.В. Ломоносова. М., 2006 б. С. 110 -111.

15. Недоступ А.А. Обоснование поправочных коэффициентов при моделировании разноглубинной траловой системы / А.А. Недоступ // Инновации в науке и образовании- 2006: научная конференция: сборник тез. докл. / КГТУ. Калининград, 2006в. С. 187-190.

16. Недоступ А.А. Масштабный эффект при моделировании разноглубинной траловой системы / А.А. Недоступ // Вестник молодых ученых «Ломоносов». Вып. III. МГУ имени М.В. Ломоносова. М., 2007. С. 235-239.

17. Недоступ А.А. Физическое моделирование разноглубинной траловой системы / А.А. Недоступ // Наука и образование - 2008: международная научно-техническая конференция: материалы / МГТУ. Мурманск, 2008а. С. 746 - 749.

18. Недоступ А.А. Физическое моделирование разноглубинной траловой системы / А.А. Недоступ // Рыбное хозяйство. №4. 2008б. С. 73 - 74.

19. Розенштейн М.М. Механика орудий промышленного рыболовства / М.М. Розенштейн. Калининград: Изд-во КГТУ, 2000. 364 с.

20. Савельев А.А. Рейсовый отчет 2764 РО БМРТ 0607 «Гангут» в районы Серединно-Атлантического хребта и Центрально-Восточной Атлантики в период декабрь 1981 - май 1982 гг. Калининград, 1982. 131 с.

21. Фридман А.Л. Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства / А.Л. Фридман. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 327 с.

22. Чернецов В.В. Методика и аппаратура для исследования гидромеханики моделей тралов в морских условиях с плота-катамарана / В.В. Черенцов // Гидромеханика и проектирование орудий лова: Всесоюз. науч.техн. семинар: тезисы докладов.Калининград: НПО промрыболовства, 1987. С. 36-38.

23. Christensen B.A. Hydrodynamic modelling of nets and trawls// IEEE OCEAN'75. 1975. Р. 484-490.

24. Dickson W. Trawl gear selection, design and construction in relation to fish behavior, vessel power and fishing conditions// FAO. Technical conference on fish finding, purse seining and aimed trawling. FF/70/80. 1970. 5.Р. 23.

25. Hu F., Matuda K., Tokai T. Similarity laws and modeling rules for fishing nets. Dynamic numerical simulation// Contributions on the theory of fishing gears and related marine systems. DEMaT 1999. 2000. Р. 137 - 149.

26. Hu F., Matuda K., Tokai T. Effects of drag coefficient of netting for dynamic similarity on model testing of trawl nets // Fisheries Science. 2001. №67. Р. 84-89.

27. Matuda K., Hu F., Kaname S., Yujiro S., Isao K. Field experiment on static characteristics of midwater trawl system// Nippon Suisan Gakkaishi. 1991. №57(4). Р. 655-660.

28. Nowakowski P., Sendlak H., Swiniarski J. An approach to the analysis of geometric and hydrodynamic drag parameters obtained for the pelagic trawl of 420 meters in circumference during sea trials and model tests// Contributions on the theory of fishing gears and related marine systems. V. 2. DEMaT 2001. 2002. Р. 97 - 104.

29. Nowakowski P., Sendlak H., Berest K. Studies on resistance coefficient of various pelagic trawl net types based on the results of their models tests// Methods for the development and evaluation of maritime technologies DEMAT 2005. 2006. Rostock. Р. 231 - 241.

30. Rozenstein M.M. Nedostup A.A. Investigation of hydro-mechanical characteristic of rope-and-net part of trawl // Report on international symposium on responsible fisheries and fishing tecniques. Insko, Poland - June 16-19, 1999. Р. 109-111.

31. Rozenshtein M.M., Nedostup A.A., Popov S.V., Ermakova T.V. Some questions of numerical and physical modelling of fishing gears// 12^th International Congress of the International Maritime Association of the Mediterranean IMAM 2007. Maritime Industry, Ocean Engineering and Coastal Resources. London. 2007. Р. 953 - 959.

32. Rozenshtein M.M., Nedostup A.A., Ermakova T.V. Physical modelling of gill net, drift net and trawl net// Methods for the development and evaluation of maritime technologies DEMAT 2007. 2007. Rostock. Р. 89 - 100.

33. Ward J.N. Flume tank tests on three trawl models (model - full scale correlation). MAFF Commission. Seafish report No. 407. 1992.Р. 23.

Размещено на Allbest.ru