Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Повышение эффективности водного транспорта сортиментов в пучковых плотах путем совершенствования их гидродинамического качества

Диссертация: Повышение эффективности водного транспорта сортиментов в пучковых плотах путем совершенствования их гидродинамического качества
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Теоретические исследования включают математическую модель формирования коэффициентов сопротивления для сплоточной единицы сортиментов как плохо обтекаемого тела в условиях водопоглощения, анализ геометрического, кинематического и динамического подобия движения тел в маловязкой жидкости, формулировку энергосберегающих режимов буксировки плотов на основании оптимизации методом вариационного… Читать ещё >

Повышение эффективности водного транспорта сортиментов в пучковых плотах путем совершенствования их гидродинамического качества (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧА ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Гидродинамическая картина сложного силового воздействия воды на движущийся в ней пучковый плот
    • 1. 2. Гидродинамические качества хорошо обтекаемых тел, двигающихся в воде
    • 1. 3. Гтдродинамические качества плохообтекаемого тела
    • 1. 4. Экспериментальные исследования коэффициента сопротивления пучковых плотов
    • 1. 5. Эксплуатационные режимы буксировки плотов
    • 1. 6. Математические методы оптимизации
    • 1. 7. Выводы по состоянию вопроса и постановка задачи исследования
  • 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 2. 1. Силы сопротивления, действующие на пучковый плот при движении в жидкости
    • 2. 1. Геометрическое, кинематическое и динамическое подобие движения тел в маловязкой жидкости
    • 2. 2. Коэффициенты сопротивления сил давления и трения при движении сплоточной единицы в воде
    • 2. 3. Водопоглощение материала древесины в процессе транспорта
    • 2. 4. Выводы
  • 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СОПРОТИВЛЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ПУЧКОВ
    • 3. 1. Методика проведения опытов
    • 3. 2. Результаты экспериментальных исследований
    • 3. 3. Аналитическое обобщение полученных результатов
    • 3. 4. Выводы
  • 4. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ПЛОТОВ
    • 4. 1. Оптимизация методом вариационного исчисления
    • 4. 2. Режимы минимума энергетических затрат
    • 4. 3. Выводы
  • 5. ТЕХНОЛОГИЯ ПАКЕТИРОВАНИЯ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ
    • 5. 1. Оптимизация берегового пути спуска пучков на воду
    • 5. 2. Технология пакетирования пучков на берегу
    • 5. 3. Технология пакетирования пучков на воде
    • 5. 4. Выводы

Актуальность темы

Водный транспорт леса является важной.

I ' составляющей развития лесной промышленности. Известно, что по сравнению с сухопутным транспортом он обладает существенно меньшими удельными затратами на эксплуатацию транспортных средств, благодаря естественным готовым путям, не требующих больших капиталовложений на их формирование и обслуживание. Несмотря на наблюдавшееся в последние годы снижение объёмов транспорта заготавливаемых лесоматериалов водным путем, вызванного как объективными, так и субъективными причинами, сами объёмы остаются достаточно большими, поэтому его развитие в рыночных условиях экономики является перспективным направлением в лесной отрасли народного хозяйства.

Перед транспортом лесоматериалов в пучковых плотах, являющегося наиболее рентабельной составляющей транспорта заготавливаемого древесного сырья и основной составляющей водного транспорта леса, ставится задача перспективного развития путём совершенствования сплоточных единиц за счет повышения их гидродинамического качества и оптимизации режимов буксировки плотов, что позволит дальнейшее снижение удельной энергоёмкости технологического процесса лесосплава.

К необходимости решения поставленной задачи подводит анализ состояние цен на рынке углеводородного топлива и лесоматериалов: темпы роста первых существенно превышают последние.

Совершенствование технологии плотового сплава лесоматериалов так же связано с необходимостью разработки надежных способов сохранения экологии природных водных путей.

Таким образом, решение задачи формирования пучковых плотов с высоким гидродинамическим качеством и сохранностью экологии естественной водной среды при энергосберегающих режимах буксировки становится актуальным и востребованным лесной промышленностью.

Цель работы и задача исследования. Целью работы является повышение эффективности технологического процесса транспорта.

I ' сортиментов в пучковых плотах путём обеспечения гидродинамического совершенствования сплоточных единиц и формулированием энергосберегающих режимов буксировки при соблюдении экологической сохранности природных водных путей.

Исходя из поставленной цели сформулирована следующая задача исследования:

— построить математическую модель сложной гидродинамической картины силового взаимодействия сплоточной единицы с водой в процессе транспортировки,.

— выполнить факторизацию сил сопротивления движению,.

— на основании теории подобия найти автомодельные области для коэффициентов сил сопротивления давления и трения,.

•а.

— разработать способ снижения коэффициентов сил давления и трения для сплоточных единиц и. его технологическую реализацию,.

— провести экспериментальные исследования на моделях и их аналитическое обобщение на натуру,.

— на основании вариационного исчисления сформулировать энергосберегающие режимы движения плотов,.

— на основании вариационного исчисления построить оптимальный процесс спуска пучков в воду.

Объекты и методы исследования. Объектом исследования являются сплоточные единицы водного транспорта леса в виде жестко связанных пучков сортиментов. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены на основании механики сплошных сред, технической гидродинамики, теории подобия, теории принятия оптимальных решений, вариационного исчисления, теории вероятности и статистики.

Научная новизна.

— разработана математическая модель воздействия сил давления на лобовую поверхность сплоточной единицы,.

— разработана математическая модель воздействия сил трения на боковую поверхность сплоточной единицы,.

— построена гидродинамическая картина сил сопротивления при стоке жидкости в результате процесса водопоглощения материала древесины,.

— предложен способ повышения гидродинамического качества сплоточных единиц из сортиментов путем заключения их в водонепроницаемую оболочку и придания лобовой поверхности хорошо обтекаемой формы,.

— сформулирован метод расчета энергосберегающих режимов буксировки,.

— построена траектория быстрейшего спуска пучков на воду.

Научные положения, выносимые на защиту.

— математическая модель гидродинамических сил, действующих на плот при водопоглощении материала древесины,.

— способ повышения гидравлического качества сплоточных единиц из сортиментов путём заключения их в водозащитные пакеты из водонесмачиваемого материала,.

— геометрическая форма лобовой поверхности сплоточной единицы, снижающая силы вихревого сопротивления,.

— результаты экспериментальных исследований моделей плотов, аналитическое обобщение модельных исследований на натуру,.

— методика расчета оптимальных режимов буксировки на основании вариационного исчисления,.

— методика расчета быстрейшей траектории спуска пучков на воду.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается аналитическим обобщением опытных данных, обработанных методами математической статистики в универсальных пакетах прикладных программ на дискретном уровне надежности 0,95, корректностью принятых допущений при построении математических моделей на основании материалов научных работ специалистов, учебной и методической литературы, материалов периодических изданий и сведений их сети Интернет.

Практическая значимость.

Для водного транспорта сортиментов в плотах предложена новая технология формирования сплоточных единиц как водонепроницаемых пакетов из водонесмачиваемого материала, обладающих высоким гидродинамическим качеством, благодаря которому возможно снижение себестоимости транспортировки на 10−12%. Помещение сортиментов в водонепроницаемые пакеты эквивалентно снижению плотности древесины, которое, как известно, увеличивает запас плавучести, уменьшает осадку пучка при том же объёме древесины и увеличивает время проплава.

Снижению себестоимости буксировки плотов будет способствовать так же соблюдение энергосберегающих режимов водного транспорта.

Место проведения. Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии на кафедрах Водного транспорта леса и гидравлики и Технологии лесозаготовительных производств.

Апробация работы. Основные научные положения диссертации обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях МГУЛ и СПбГЛТА (2007г., 2008 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 3 печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов, списка литературы 102 наименований. Общий объем работы 121 стр., включая 38 рисунков и 3 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Водный транспорт лесоматериалов в плотах является востребованным для народного хозяйства, как существенно более экономичный и экологичный по сравнению с железнодорожным и автомобильным. Ввиду. о того, что темпы роста углеводородного топлива в настоящее время существенно превышают стоимость лесоматериалов, повышение его эффективности становится актуальным.

Гидродинамические качества сплоточных единиц сортиментов являются низкими по сравнению с телами оптимальной формы и телами вращения. Это обусловлено существенно более высоким значением коэффициента сопротивления и низким коэффициента добротности. К не энергосберегающим факторам следует отнести нестационарные колебательные режимы скорости буксировки и водополглощение древесины.

Теоретические исследования включают математическую модель формирования коэффициентов сопротивления для сплоточной единицы сортиментов как плохо обтекаемого тела в условиях водопоглощения, анализ геометрического, кинематического и динамического подобия движения тел в маловязкой жидкости, формулировку энергосберегающих режимов буксировки плотов на основании оптимизации методом вариационного исчисления.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования показывают, что гидродинамическое совершенствование плотообразующих сплоточных единиц сортиментов приводит к существенному снижению энергозатрат на транспортировку. Это достигается путем насадки хорошо обтекаемых форм на носовую часть первых рядов пучков, и помещение пучков в водонепроницаемые пакете из водоотталкивающего материала.

Энергосбережение при буксировке плотов достигается так же при соблюдении постоянства скорости и ускорения (замедления) движения.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. Теория пограничного слоя. — М.: Наука, 1969.-742 с.
  2. П.Чжён. Отрывные течения. — М.: Мир, 1972. —298 с. # ,. 3. Meksyn D. New Method Laminar Bounder-Layer Theory, P.P., N.Y., 1961. p.p. 16−109/
  3. Dry den H.L. The Role of Transition from Laminar to Turbulent Flow in Fluid Mechanics. P.P. Philadelphia, 1941.
  4. Kreith F. Principles of Heat Transfer. I.T.B., Pa., 1958.
  5. Гидробионика в судостроении.- M.: ЦНИИТЭИ, 1970.-270 с.
  6. А.Н., Кивако Л. А., Гожий СИ. Прикладная гидромеханика. М.: Воениздат, 1970.-684 с.
  7. Л.Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. М.: Наука, 1988.-732 с.
  8. Справочник по водному транспорту леса./ Под ред. Щербакова В. А. М.: Лесная промышленность, 1986.-384 с.
  9. Водный транспорт леса: Справочник/ Под ред. В.И.Патякина-М.: Лесная промышленность, 1973.-408 с.
  10. Н.И., ПоминоваГ.И. Водный транспортлеса. -М.: Лесная промьпшгенностьД987.-368 с.
  11. Методические указания по транспортным расчетам буксировки пучковых плотов.- М.: Минречфлот РСФСР и Минлеспром СССР, 1985.-80 с.
  12. В.П. Транспорт леса. Теоретические основы водного транспорта.-Красноярск, 1997.- 254с.
  13. А.А. Научное обоснование и разработка экологически безопасного плотового лесосплава.- Архангельск.:АГУЛ, 1999.-268с.
  14. Я.И., Фаддеев Ю. И., Федяевский К. К. Гидромеханика.-Л.: Судостроение, 1982.-568с.
  15. Г. Н., Рабинович Б Л Динамика твердого тела с полостями, частично заполненными жйдкостью.-М.:Мапшностроение, 1968.-652с.
  16. Я.М. Сопротивление воды движению судов.-Л.: Судостроение, 1964.-412с. …%
  17. К.А. Исследование гидродинамических характеристик бревенных шржовпри поступательном движении. // Науч.тр./АЛТИ. 1987.вып.Х 1 Х.-С.86−96.
  18. О.Борисов И. Г. Организация перевозок леса в плотах. М.: Речной транспорт, 195 5.-208с. 31. Черкасов Г. М. К теории движения буксируемых плотов. — Казань: Татгосиздат, 1949.-110с.
  19. В.Н. Гидродинамическое взаимодействие плотов и внешней среды. — Красноярск, 1968.-226с.
  20. М.М., Родионов П. М. Сопротивление движению хлыстовых плотов. // Лесная промышленность.-1979.-№ 6.-С.28−29.
  21. В.И., Дмитриев ЮЛ., зайцев А.А. Водный транспорт леса.М.: Лесная промышленность, 1985.-334с.
  22. Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: ГИТТЛ, 1971.-328C. Зб. Клайн Дж. Подобие и приближенные методы.М.: Мир, 1968.-302с.
  23. В.А. Исследование некоторых вопросов управления плотами при буксировке в речных условиях: дис. .канд.техн.наук {рукопись.-Л., 1961.-120с.
  24. А.А., Камусин А. А. Моделирование и оптимизация процессов лесопромышленных производств. Архангельск: АГТУ, 2003.-116с.
  25. А.А., Чекалкин К. А. О критериях подобия при моделировании неустановившегося движения плотов// Лесной журнал.-1972.-№ 1.-С.46−50.
  26. А.А. Методика исследования на моделях неустановившегося движения плотовУ/Исследования по механизации лесоразработок и транспорта леса: Науч. Тр. /АЛТИ.-1972.-вып.ХХХШ.-С.52−58.. %
  27. А.А. Лесосплав. Архангельск: АГТУ, 2007.-492с.
  28. Митрофанош.А., Чекалкин К. А. Результаты исследования на моделях неустановившегося поступательного движения плотовУ/Исследования по механизации лесоразработок и транспорту леса. Науч. Тр./ АЛТИ.-1972.вып. XXXI П.- 58−66.
  29. Я.И., Першиц Р. Я., Титов И. А. Справочник по теории корабля. -Л. :Судпромгиз, 1973.- 512с.
  30. А.А. Натурная проверка результатов модельных исследований неустановившегося движения плотов.//Исследования по механизации лесоразработок и транспорту леса. Научн. тр./АЛТИ .-1972.- вьш.№ХХХ111.-С.66−71.
  31. К.А. Движение твердых тел в жидкости.Конспект лекций.- Л., 1981.-49с.
  32. МельниковЛ.В., Митрофанов А. А., Чекалкин К. А. Инерционные характеристики плотов при переменной величине присоединенной массы.//Лесной журнал.-1987. № 6.-С48−51.
  33. К.А. Об оптимальном режиме торможения плотов при остановках в пунктах прибытия.//Лесной журнал.-1971.№ 1.- 47−51.
  34. А.А. Основы моделирования и оптимизации процессов лесосплава. Архангельск: АГТУ, 1993 .-90с.
  35. Л.З. Методическая обработка результатов экспериментам.: НаукаД971.-192с.
  36. Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений.М.:Наука, 1968.-288с.
  37. Патякин ВюИ., Типшн Ю. Г., Базаров СМ. Техническая гидродинамика древесины. М.: Лесная промышленность, 1990.-304с.
  38. В.И. Проблема повышения плавучести круглых лесоматериалов М.: Лесная промышленностью 1976.-264.
  39. А.К. Техника статистических вычислений. М.: Физматгиз, 1961 .-480с. 54.0снач Н. А. Проницаемость и проводимость древесины. М.: Лесная промышленкэсть, 1964.-178с.
  40. В.И. Лесосплав без потерь. М.: Лесная промышленность, 1974.-128с.
  41. О.И. Плотность древесины.Л.:ЛТАД973.-76с.
  42. П.С. Расчет процессов высыхания и увлажнения древесины. М.: Гослесбумиздат, 1952.-184с.
  43. А.Э. Физика течения через пористые среды. М.: Гостоптехиздакт, 1960.-250с.
  44. О.В., Митрофанов А. А. Методика и расчет исследований равномерного движения плоских сплоточных единиц из лесоматериалов по теории факторных планов.//Лесоэксплуатация.Красноярск, 2005 .-С.41 -45.
  45. А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. М.: Наука, 1967.-Ч.11.-720С. бЗ. Харук Е. В. Проницаемость древесины газами и жидкостями. Новосибирск: Наука, 1970.-190с.
  46. .С. Вода в древесине. Новосибирск: Наука, 1984.-270с.
  47. В.И. Лесосплав без потерь. М.: Лесная промьннленность, 1974.-128с.^ л с 56. Полубояринов О. И. Плотность древесины.Л. :ЛТА, 1973 .-76с.
  48. П.С. Расчет процессов высыхания и увлажнения древесины. М.: Гослесбумиздат, 1952.-184с.
  49. А.Э. Физика течения через пористые среды. М.: Гостоптехиздакт, 1960.-250с.
  50. А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. М.: Наука, 1967.- ч. 11. -720с. бЗ. Харук Е. В. Проницаемость древесины газами и жидкостями. НовосибирскгНаука, 1970.-190с.
  51. .С. Вода в древесине. Новосибирск: Наука, 1984.-270с. 65. Богомолов А. И., Михайлов К. А. Гидравлика.М.: Стройиздат, 1972.-648с. бб. Кочин Н. Е., Кибель И. А., Розе И. В. Теоретическая гидромеханика. М.: ОГИЗ, 1948.-536С
  52. Д., Кремер К. Физические основы единиц измерения. М.:Мир, 1980.- 206с.
  53. СИ. Задачи на максимум и минимум. М.-Л.: Гостехиздат, 1948.-86с.. — %
  54. В.М. Рассказы о максимумах и минимумах. М. Наука, 1986.-190с. f> 3 … 70. Казначеева Н. И. Совершенствование структурных параметров пучковых плотов.//Вестник МГУЛ-лесной вестник: Вьш.2- М: МГУЛ, 2008.- 78−81
  55. Н.И. Энергосберегающие режимы водного транспорта лесоматериалов.//Вестник МГУ Л-Лесной вестник: Вып. 4.- М.:МГУЛ, 2008.- 67−69.
  56. Н.И., Тарабан М. В. К возможности улучшения транспортных характеристик пучковых плотов.//Известия СПбЛТА.-Вып.184 — СПб.:СПбЛТА, 2008.- 97−103.
  57. .Я. Оптимизация вокруг нас. Л.: Машиностроение, 1989.- 144с.
  58. Taha Б/ Operation research. N.Y. МРС, 1987.-876р/ 75.3ахаренков Ф. Е. Оптимизация производственного процесса береговых складов, М: Лесная промышленность, 1978.-184с.
  59. Кукол евский Г. А. Первоначальный плолтовой лесосплав. М.: Лесная промышленность, 1976.-88с.
  60. М.Н., Львов И. П., Соколов К. Б. Плоты. Конструкция, эксплуатация, технология. М.: Лесная промышленность, 1978.-216с.
  61. М.М., Олофинский В. Б. Перспективные технологические процессы плотового лесосплава. СПб.: СПбЛТА, 1999.-68с.
  62. В.Г., Шулаков Г. Г., Камусин А. А. Оптимизация процессов водного лесотранспорта. М.: МЛТИ, 1978.-95с.
  63. Н.И., Афоничев Д. Н., Переславцев И. В. Водный транспорт технологической щепы. Воронеж: ВГЛТАД 994.-15с- Деп. в ВИНИТИ 10.03.94, № 554.-В 94.
  64. В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971.- 172с. а
  65. В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1976.-208с.
  66. Л.Т. Основы научных исследований. Воронеж: ВГЛТА, 2003.-314с.
  67. Гидродинамика судов на мелководье. /Под ред.А. М. Басина.-Л.: Судостроение, 1976.-320с.
  68. М.М., Кузин А. А. Результаты натурных исследований сопротивления движению плотов из хлыст6в.//Подготовка к лесосплавуи транспорт леса в плотах: Сб.тр. ЦНИИлесосплава.-М.:Лесная промышленность, 19+80.-С.90−96.
  69. В.К., Четверекова И. В. К вопросу формирования транспортных водных потоков //Вестник.-2002.-вьш.4.-С.223−226.
  70. А.Ю., Четверикова И. В. Технология водной доставки сортиментных и хлыстовых плотов, запас их плавучести./ВАГЛТА.-Воронеж, 2004.-16с.-Деп.в ВИНИТИ 28.05.04, № 901-В 2004.
  71. A.H., Тарабан М. В. Вариационный метод решения задачи транспорта лесоматериалов//ИзвестияСПбЛТА:вып. 172.- - СПбЛТА, 2005.-С.68−74.
  72. Эльсгольц JM). Дифференциальные уравнения и вариационное исчислением.: Наука, 1969.-424с.
  73. Anderson T.W. The statistical analysis of time series. N.Y. SU, 1971.- 752 p.
  74. BirkhoffG. Hydrodynamics N.J. PU, 1950.
  75. Huntley H.E. Dimensional Analysis. L. A MDC, 1953. lOO. Rurak A.E. Inspection Analysis //J.EMSS.51,1953.-127−133 p. lOl. Sarpkaya Т., Garrison CJ. Vortex Formation and Resistance in Unsteady Flow.//J.A.M. .Nov., 1962.-25−30 p.
  76. Smith S.H. Laminar Boundary Layers on Moving Walls. AFOSB TN. Se pt., 1956.-45−50 p.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!