Гидродинамические характеристики малых плотов из плоских сплоточных единиц

• Автор: Федулов, Василий Михайлович
• Шифр специальности: 05.21.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА
1Л. Водный транспорт леса как необходимый вид транспорта лесоматериалов
1.2. Развитие научного направления водного транспорта леса
1.3. Плоты из плоских сплоточных единиц малой осадки
1.4. Краткая история исследования вопросов сопротивления движению тел в жидкости
1.5. Краткий обзор опубликованных работ по изучаемому вопросу
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ ДВИЖЕНИИ ПЛОТОВ ИЗ ПЛОСКИХ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ В ВОДНОЙ СРЕДЕ
2.1. Предварительные замечания
2.2. Составляющие полного сопротивления воды движению плотов
2.3. Безразмерные коэффициенты сопротивления
2.4. Пограничный слой, образующийся при движении плота в водной среде. Сопротивление трения
2.5. Волновое сопротивление
2.6. Общий вид математической зависимости для определения коэффициентов сопротивления формы
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАЛЫХ ПЛОТОВ ИЗ ПЛОСКИХ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ НА МОДЕЛЯХ
3.1. Предварительные замечания
3.2. Критерии подобия при моделировании установившегося равномерного движения плотов из плоских сплоточных единиц
3.3. Экспериментальная установка. Методика проведения эксперимента
3.4. Методика обработки экспериментальных данных
3.5. Результаты исследования сопротивления воды движению моделей плотов из плоских сплоточных единиц методом множественной регрессии

3.5.1. Первый вариант расчёта
3.5.2. Второй вариант расчёта
3.6. Влияние мелководья на сопротивление движению плотов из плоских сплоточных единиц
3.7. Анализ точности расчётных формул, полученных в результате экспериментальных исследований
3.8. Анализ результатов экспериментальных исследований и их практическое
применение
4. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ПЛОТА ДЛЯ МАЛЫХ И СРЕДНИХ ИЗВИЛИСТЫХ РЕК
4.1. Эксплуатационные характеристики лесосплавных путей
4.2. Техническое решение плота из плоских сплоточных единиц для условий сплава по извилистым рекам
4.3. Технология изготовления плота усовершенствованной конструкции
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1 - Характеристика моделей плотов из плоских сплоточных единиц
Приложение 2 - Результаты статистической обработки опытов по определению
скоростей движения моделей
Приложение 3 - Определение коэффициентов С1 и с
Приложение 4 - Графики зависимости полного сопротивления воды от скорости
равномерного движения для различных типоразмеров моделей плотов
Приложение 5 - Расчёт коэффициентов сопротивления
Приложение 6 - Относительные и абсолютные погрешности расчётных формул..

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования.
Российская Федерация обладает самыми большими запасами лесных ресурсов, которые расположены на площади более 700 млн. га. Рациональное и экологически обоснованное освоение и переработка этих ресурсов, несомненно, оказывает положительное влияние на общее экономическое и социальное развитие страны. Для успешного развития лесопромышленного комплекса (ЛПК) необходимы исследования по модернизации и совершенствованию лесозаготовительных, транспортных и лесоперерабатывающих операций на всех этапах: от заготовки древесины до реализации готового продукта потребителю.
Исторически сложилось, что водный транспорт леса, в условиях разветвлённой водной сети РФ и естественного расположения лесных массивов в бассейнах многочисленных малых и средних рек, является одним из основных видов доставки древесины потребителю. По оценкам специалистов в области ЛПК, основные запасы спелой, подлежащей вырубке древесины, в настоящее время сосредоточены в верховьях малых и средних рек большинства лесных регионов России [80].
К сожалению, резкое сокращение объёмов лесозаготовок в 1990-е годы 20 века и повсеместный спад производства в промышленности привели к упадку водного транспорта леса. Был запрещён молевой лесосплав, произошёл отток высококвалифицированных специалистов-сплавщиков. Лесосплавное
оборудование было уничтожено, лесозаготовительные предприятия, обладавшие достаточным количеством лесосечного фонда и квалифицированными кадрами, оказались отрезанными от железных и автомобильных дорог, и рек с плотовым сплавом.
Ликвидация молевого сплава привела к прекращению лесозаготовок в отдалённых регионах, поскольку перевозка круглых лесоматериалов автотранспортом на расстояния свыше 150 км являлась невыгодной, да и само строительство лесовозных магистралей, по всей видимости, на данном этапе было неосуществимо.

2.4. Пограничный слой, образующийся при движении плота в водной среде.
Сопротивление трения
Сопротивление трения представляет собой проекцию результирующей всех элементарных касательных сил, действующих вдоль смоченной поверхности плота на направление движения. Сопротивление трения является результатом действия сил вязкости воды, которые возникают в пограничном слое, примыкающем к поверхности плота.
Влияние сил вязкости проявляется только в пределах пограничного слоя. В зоне внешнего потока влияние этих сил пренебрежимо мало. Толщина пограничного слоя мала по сравнению с длиной тела и принимается равной расстоянию от стенки тела до границы потока, на которой скорости частиц жидкости составляют 0,995 скорости внешнего потока [97]. Давление по сечению пограничного слоя постоянно, т.е. пограничный слой передает давление на поверхность тела таким же, как на поверхности раздела потока на зону пограничного слоя и внешнего потока [32].
Внутри пограничного слоя скорость частиц жидкости резко изменяется от нуля на поверхности тела до скорости потока на внешней границе пограничного слоя. Это изменение при сравнительно малой толщине пограничного слоя обуславливает проявление в нём сил вязкости.
На рисунке 2.4 (а) изображена фотография течения, возникающего около тонкой плоской пластины при её протаскивании через воду. Линии тока сделаны видимыми при помощи воздушных микропузырьков. Видно, что в непосредственной близости от обеих сторон пластины имеется тонкий пограничный слой жидкости, в котором скорость значительно меньше, чем на большом расстоянии от пластины. Толщина этого слоя увеличивается от передней кромки к задней.
На рисунке 2.4 (б) схематически показано распределение скоростей в этом пограничном слое на пластине, причём, для наглядности масштаб длины в поперечном направлении сильно увеличен.