Модельные исследования

Здесь же впервые в мировой практике применены анкерный железобетонный понур, дренаж и фильтры в основании сооружений, разработаны новые методы фильтрационных расчетов и широко внедрен в исследования экспериментальный метод электрогидродинамических аналогий (ЭГДА) акад. Н. Н. Павловского. В процессе возведения сооружений Свирьстроя были проведены модельные испытания, что явилось основой нового раздела знаний — гидравлики производства работ.

одиночных ударов большой интенсивности; 2) на ударную устойчивость при воздействии многократных ударов; 3) для определения частотных характеристик изделия методом ударного нагружения и модельные испытания.

Модельные испытания. Методически и технически правильно проведенная отработка проточной части на уменьшенных моделях позволяет в существенно более короткие сроки и с меньшими затратами выбрать оптимальную геометрию рабочих органов и

даст заметное изменение законов движения системы, и силы, изменение которых не оказывает существенного влияния. Модельные испытания возможны тогда, когда число главных сил не более трёх. Если четыре разнородные силы обусловливают движение системы, то главные масштабы модели (длины, силы и времени) обращаются в единицы и модель обращается в натуру. Если в двух геометрически подобных системах главные силы соответственно пропорциональны, то такие системы называются частично динамически подобными. Именно этот случай имеет место в практически встречающихся системах.

Если главными силами являются силы упругости на сжатие и скалывание (обычные прочностные исследования), то модельные испытания могут проводиться лишь при изготовлении модели и натуры с одинаковыми коэфлциентами Пуассона. Если коэфициенты Пуассона будут одинаковыми, то соблюдение равенства С'а^ автоматически даёт равенство Caz, поэтому при проведении модельных испытаний необходимо соблюсти лишь равенство Caj и коэфициентов Пуассона.

Пример определения масштабов модели. 1 [одлежит обследованию модель водослива. Главными силами являются силы инерции, вязкости и тяжести. Необходимо соблюдение Re и Фг. Равенство у модели и натуры этих величин означает существование равенств kvkik~l = 1 и kv*ki~1kg~l=l. Нахождению подлежат йг, kK iikt. Исключая kv, считая kg~\ (g—ускорение свободного падения—для натуры и модели будет заведомо одинаково), получаем: fy = /&v2 • Находя kv и имея в виду, что kv = и; kt~l, получим: kt= i/ k.t = kv . По уравнению размерности силы получим: kR = k? kf ka'2, откуда kR = kp k-t*. Выводы: подобные модельные испытания возможны только при применении жидкости иной вязкости; для уменьшения размеров модели следует применять менее вязкую жидкость.

Модельные испытания должны проводиться при одинаковых Фг и относительных глубинах j-.

О т клонения от характеристик и ветродвигателя неизбежны при всяких изменениях условий испытаний. Так, установка ветродвигателя в различных местах неизбежно связана с индукцией окружающего рельефа. Характер колебаний ветра также сказывается на характеристике, а получение V = const в реальных условиях невозможно. Модельные испытания дают отклонения от натуры за счёт несоблюдения режима авто-модельности и естественной турбулентности потока. Поэтому сравнение различных ветро-

В зависимости от конкретных условий применения ФАПМ для уточнения значений коэффициента трения и интенсивности изнашивания дополнительно проводят модельные испытания на фрикционную теплостойкость и теплоимпульс-ное трение [9, 21, 23, 33, 35, 36, 37].

Наиболее эффективными из последующих этапов являются модельные испытания. Модельные эксперименты, связанные с трением и изнашиванием, проводятся с самыми разнообразными целями, в числе которых могут быть следующие основные: оценка работоспособности сочетаний материалов при режимах, соответствующих эксплуатационным; прогнозирование фрикционно-износных характеристик натурного узла трения; сравнительные испытания пар трения в целях выявления наиболее отвечающих условиям эксплуатации; оптимизация, т.е. установление такого сочетания конструктивных и материаловедческих параметров и их значений, при которых обеспечиваются наилучшие выходные характеристики узла трения в целом и т.д.

50. Калинин Г. Е. Модельные испытания судовых турбин и машин. Л.: Судостроение, 1965. 194 с.

Эти простые модельные исследования, так же как и более точные, обсуждаются в разд. III и IV соответственно. До этого для справки будут приведены основные положения теории пластичности, с тем чтобы указать характерные черты и основные допущения, отличающие упругопластическое поведение от типов поведения материалов, обсуждавшихся в гл. 3 и 4 настоящей .книги.

Физическое моделирование состоит в определении на модельных стендах гидродинамических характеристик квазистационарной и спектральной модели течения в функции от геометрических параметров элемента гидромашины. При этом в зависимости от типа стенда и методов проведения испытаний необходимо соблюдать условия, при которых модельные исследования будут соответствовать реальным условиям нестационарного течения жидкости в элементе гидромашины [1].

В качестве примера рассмотрим модельные исследования входных патрубков насосов на аэродинамическом стенде (рис. 2). Поток в патрубок подавался из бака-успокоителя во входное сечение Ъ — Ъ, а затем, пройдя через исследуемый патрубок и мерное сечение О—О, на выходе из него попадал в подпорную трубу. В мерных сечениях Ъ — Ъ и О — О измерялись скорости 1>4 и VQ; полные Рь и Р0 и статические POT-i и Рст-0 давления; углы скоса потока в сечении О—О (поток в сечении b—b равномерен; закрутка и турбулентные пульсации практически отсутствуют); интенсивность турбулентных пульсаций. На рис. 2 показана схема замера интенсивности турбулентных пульсаций в сечениях b—b и О—О; интенсивность е определялась термоанемометрическим способом с помощью зонда термоанемометра 1, перемещавшегося с помощью траверсного механизма 2. Сигнал усиливался в процессоре 3 и снимался с вольтметров эффективных 4 и среднеквадратичных 5 значений. В процессе обработки сигнала с помощью тарировочных графиков находилась интенсивность турбулентных пульсаций s=u/U в сечениях b—b и О—О, которая использовалась при анализе параметров квазистационарной модели. Для нахождения характеристик турбулентного потока по спектральной модели интенсивность е^ определялась в каждой /-и полосе 1/3-октав-ного фильтра 6. В дальнейшем при обработке спектрограммы находилось осредненное по спектру значение ulU и другие характеристики спектральной модели турбулентности в соответствии с методом, изложенным в [3]. Характеристики квазистационарной модели течения определялись по методу, приведенному в работе [4].

Физическое моделирование состоит в определении на модельных стендах гидродинамических характеристик квазистационарной и спектральной модели течения в функции от геометрических параметров элемента гидромашины. При этом в зависимости от типа стенда и методов проведения испытаний необходимо соблюдать условия, при которых модельные исследования будут соответствовать реальным условиям нестационарного течения жидкости в элементе гидромашины [1].

В качестве примера рассмотрим модельные исследования входных патрубков насосов на аэродинамическом стенде (рис. 2). Поток в патрубок подавался из бака-успокоителя во входное сечение Ъ — Ъ, а затем, пройдя через исследуемый патрубок и мерное сечение О—О, на выходе из него попадал в подпорную трубу. В мерных сечениях Ъ — Ъ и О — О измерялись скорости 1>4 и VQ; полные Рь и Р0 и статические POT-i и Рст-0 давления; углы скоса потока в сечении О—О (поток в сечении b—b равномерен; закрутка и турбулентные пульсации практически отсутствуют); интенсивность турбулентных пульсаций. На рис. 2 показана схема замера интенсивности турбулентных пульсаций в сечениях b—b и О—О; интенсивность е определялась термоанемометрическим способом с помощью зонда термоанемометра 1, перемещавшегося с помощью траверсного механизма 2. Сигнал усиливался в процессоре 3 и снимался с вольтметров эффективных 4 и среднеквадратичных 5 значений. В процессе обработки сигнала с помощью тарировочных графиков находилась интенсивность турбулентных пульсаций s=u/U в сечениях b—b и О—О, которая использовалась при анализе параметров квазистационарной модели. Для нахождения характеристик турбулентного потока по спектральной модели интенсивность е^ определялась в каждой /-и полосе 1/3-октав-ного фильтра 6. В дальнейшем при обработке спектрограммы находилось осредненное по спектру значение ulU и другие характеристики спектральной модели турбулентности в соответствии с методом, изложенным в [3]. Характеристики квазистационарной модели течения определялись по методу, приведенному в работе [4].

Мощные ДРОС — сложные и дорогостоящие элементы турбин. Применение их в энергетических и транспортных установках связано с внесением существенных изменений в традиционные отработанные конструкции агрегата, поэтому созданию натурных образцов и их внедрению в промышленности должны предшествовать всесторонние модельные исследования.

Модельные исследования нестационарных турбулентных пульсаций потока во входных патрубках насосов. Турбулентные течения однородной несжимаемой жидкости характеризуются случайными значениями скорости и давления в каждой точке потока. Наличие отрывных зон накладывает на общий фон турбулентного потока нестационарные турбулентные возмущения, выражающиеся в низкочастотных колебаниях потока и нестационарном поле скоростей,и давлений в мерных сечениях. В целях получения сопоставимых результатов по исследованию нестационарных турбулентных пульсаций во входных патрубках насосов примем следующие условия проведения модельного эксперимента, проверенные практикой:

Вновь проектируемые гидравлические аппараты или гидросистемы, а также экспериментальные натурные и модельные исследования связаны с необходимостью предварительного выяснения влияний различных силовых и динамических факторов (жесткости системы, величины давления, вязкости, плотности и пр). В зависимости от предварительных результатов решаются вопросы о целесообразности дальнейших натурных испытаний, а также и о применении данного аппарата для гидросистем и его работоспособности в нужном режиме.

Модельные исследования плотины Футацуно высотой й = 76 м и длиной по гребню ^ = 210 м (рис. 3-12) были проведены на большой сейсмической платформе (рис. 3-8). Как уже указывалось, масштаб модели был 1 :50. В табл. 3-3 приведены характеристики материала модели. Свинцовый порошок (с удельным весом 11,25) добавлялся в материал тела плотины с тем, чтобы довести объемный вес материала до объемного веса бетона, т. е. объемного веса материала сооружения в натуре. По мнению авторов исследований, в этом случае результаты испытаний должны быть более достоверными — ближе соответствовать испытаниям при наличии загрузки модели водой и при изучении колебаний в вертикальном направлении, при которых сила тяжести является существенным фактором.

Описанные модельные исследования плотины Футацуно, несомненно, представляют интерес и дали, как

как для упругой стадии работы сооружения, так и в отношении получения представления о характере разрушения конструкции при действии на нее нагрузок, превышающих расчетные (рис. 4-7), и примерных значениях общего коэффициента запаса прочности сооружения, которые в проведенных в институте исследованиях обычно были порядка 3—6. Применение повторности при исследованиях и испытание масштабной серии моделей яв; ляется положительной практикой. Опыт японских инженеров по указанному вопросу следует учитывать при проведении модельных исследований арочных плотин. Заслуживает внимания тот факт, что основные модельные исследования проводятся в институте в помещении с кондиционированным воздухом и постоянной температурой в 20° С, что повышает точность исследований и