Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Теоретические основы водного транспорта леса

Корпачев В. П.,

7.5.2 Сопртивление воды движению сплоточных единиц- пучков

7.5.2.1 Сопротивление воды движению одиночных сортиментных пучков

Величина сопротивления плохообтекаемого тела, каким является пучок, в основном определяется сопротивлением формы, т.к. сопротивление трения у плохообтекаемых тел мало. Поэтому сопротивление одиночного пучка как при продольном, так и при поперечном расположении к потоку определяется по формуле:

  (7.61)

В этой формуле коэффициент сопротивления пучка

z = f(u,Re, C, h, W, l),  (7.62)

где  u – скорость движения пучка;

 Re – число Рейнольдса;

 C – коэффициент формы пучка;

 h = T/H – степень погружения пучка;

  – объем пучка;

 l = L/B – относительное удлинение пучка (L, В – длина и ширина пучка).

Сопротивление воды движению пучков определялось эксперимен тальным путем, так как раскрытие функции (7.62) средствами матема тического анализа встречает пока неразрешимые трудности. Просле дим, в какой степени проявляется влияние каждого параметра, вхо дящего в зависимость (7.62), на величину коэффициента сопротивления движению пучка. Прежде всего, необходимо отметить, что абсолютная величина сопротивления воды движению пучка при продольном и нормальном расположении к направлению движения возрастает во всех случаях с увеличением скорости движения, степени погружения и объема пучка. Влияние формы обтекаемого тела на величину коэф фициента сопротивления движению пучка при нормальном располо жении пучка z_п  видно при изменении С от 1,0 до 2,5 т.е. при переходе от цилиндрической формы поперечного сечения к эллиптической, при этом уменьшается почти в два раза [77]. Это объясняется тем, что при переходе от цилиндрической формы поперечного сечения к эллип тической уменьшается величина продольного перепада давления, а следовательно, улучшается характер обтекания потоком жидкости по верхности пучка.

Пучок при продольном расположении представляет собой плохо–обтекаемое тело, в общем балансе сопротивления которого значительную долю составляет сопротивление формы.

Соотношения частей полного сопротивления зависит от удлинения тела l.

Результаты буксировок бревен показали, что при увеличении l от 1 до 32 сопротивление трения растет соответственно от 5 до 60 %. Для пучков, у которых l = (0,95 – 4,0), максимальная доля сопротивления трения составляет не более 12 %.

Вследствие преобладания одной из частей сопротивления, а именно, сопротивления формы, величина полного сопротивления пучка при продольном расположении может быть определена так же, как и при расположении пучка нормально к потоку по одночленной формуле (7.61).

Коэффициент сопротивления, вычисленный на основании экспериментальных данных при u £ 0,7 м/с, определяется по формулам: при поперечном движении [77,78]

  (7.63)

при продольном движении

  (7.64)

Коэффициент сопротивления воды движению хлыстового пучка при продольном движении определяется по формуле

  (7.65)

При поперечном движении хлыстового пучка коэффициент сопротивления в диапазоне чисел 0,04 – Fr – 0,23 можно принимать постоянным и равным x = 1,15 [83].

7.5.2.2 Сопротивление воды движению системы пучков, установленных без интервалов

При обтекании системы пучков, установленных друг за другом без интервалов или с интервалами, возникает гидродинамический эффект экранирования. Пучок находится в спутной струе за первым, не испытывает лобового сопротивления, и поэтому сопротивление воды движению системы пучков отличается от сопротивления отдельно взятых пучков при одной и той же скорости движения.

Количественное выражение эффекта взаимного влияния двух или более пучков при их буксировке определяется через так называемый коэффициент счала К

 или 

где  R_c, z_c – общее сопротивление и коэффициент сопротивления системы пучков;

  – сумма сопротивлений n пучков;

  – сумма коэффициентов сопротивлений n пучков

Коэффициент сначала представляет собой сложную функциональную зависимость вида:

K = f (E, l/B, n, h, W, c, u),

где  Е – параметр, учитывающий положение пучка относительно направления движения;

 l/B – относительное расстояние между пучками;

 l – расстояние между центрами пучков.

Сопротивление воды движению пучков, установленных без интервалов при поперечном перемещении, определяется по формуле [79]:

  (7.66)

где  z_п – коэффициент сопротивления движению одного пучка;

 k – коэффициент счала, определяемый по таблице 7.3

Таблица 7.3

Необходимо отметить, что абсолютная величина сопротивления одного изолированного пучка примерно равна сопротивлению четырех пучков, установленных друг за другом. При дальнейшем увеличении числа пучков сопротивление системы начинает увеличиваться. Снижение абсолютной величины сопротивления при установке вплотную двух или трех пучков объясняется тем, что в случае двух круглых цилиндров или пучков, установленных вплотную друг за другом, последний пучек /цилиндр/ находится полностью в вихревом следе, создаваемым передним. Вихревой след или так называемая «вихревая дорожка Кармана» образуется уже за вторым телом, поэтому сопротивление переднего пучка уменьшается, а второго – увеличивается. К тому же, при установке пучков вплотную второй пучек не только утрачивает лобовое сопротивление, но испытывает силу, увлекающую вперед вследствие засасывающего действия потока, создаваемого передним пучком. Все это приводит к тому, что суммарное сопротивление становится меньше суммы сопротивления отдельно взятых пучков. Подобное рассуждение справедливо и для третьего пучка, установленого вплотную за вторым. При дальнейшем увеличении числа пучков начинает расти сопротивление трения и увеличивается абсолютная суммарная величина сопротивления.

При движении двух и более пучков, установленных вдоль потока без интервалов, необходимо учитывать сопротивление трения, т.к. в этом случае увеличивается смоченная поверхность пучка, характеризующаяся значительной шероховатостью.

Сопротивление воды движению пучков без интервалов при продольном перемещении, определяется по формуле:

  (7.67)

где  z_вп – коэффициент сопротивления движению одиночного пучка;

 f – коэффициент сопротивления трения, полученный путем обработки закона Прандтля – Шлихтинга:

, где L – длина пучков.

7.5.2.3 Сопротивление воды движению системы пучков с интервалами

При увеличении относительного расстояния между пучками суммарная величина сопротивления начинает увеличиваться, т.к. второй последующий пучок начинает испытывать лобовое сопротивление.

С ростом интервала между пучками влияние попутного потока слабее и при достижении определенного расстояния взаимное гидродинамическое экранирование пучков при их движении вообще прекращается.

Количественное выражение эффекта экранирования при движении пучков с интервалами оценивается величиной коэффициента счала.

Сопротивление воды движению системы пучков, движущихся с интервалом при их расположении нормально к потоку, определяется по формуле [79]

,  (7.68)

где  K₁ – коэффициент счала, принимается по таблице 7.4.

Коэффициент счала зависит от величины  интервала между пучками и практически при всех изменениях h, c, u стремится к единице при достижении относительного расстояния между центрами пучков l/B =6,0.

Сопротивление воды движению системы пучков, движущихся с интервалами при их расположении вдоль потока, определяется по формуле:

,  (7.69)

где K₂ – коэффициент счала, определяемый по таблице 7.5.

Значение коэффициента счала K₂ зависит от величины интервалов между пучками,и практически при всех изменениях n, c, u, h коэффициент счала стремится к единице при достижении интервала между пучками, равного четырем длинам пучка.

Таблица 7.4

.

Таблица 7.5

 .