ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Гидравлика. Инженерная гидрология. Гидротехническое строительство

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ОБЛАСТИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ТРУБОПРОВОДАХ С ТЕКСТУРИРОВАННОЙ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

  • Орлов Владимир Александрович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Дежина Ирина Сергеевна - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Королев Андрей Анатольевич - ООО «Специальное конструкторское бюро “Геотехника”» (ОАО «СКБ ГЕОТЕХНИКА»)
DOI: 10.22227/1997-0935.2018.5.624-632
Страницы: 624-632
Предмет исследования: статья посвящена изучению процессов вихреобразования (микротурбулентности) в безнапорных трубопроводах систем водоотведения с рифленой поверхностью при транспортировке по ним жидкости. Описаны результаты поисковых экспериментов по исследованию микротурбулентности и транспортирующей способности потока воды при малых наполнениях и скоростях в открытом лотке при обтекании им точечных и линейно-вытянутых препятствий. На базе полуэмпирической теории турбулентности с использованием универсального показателя, выражаемого в качестве критерия турбулентности, представлены теоретические выкладки по определению зоны проведения последующих экспериментов в соответствующих диапазонах скоростей при различных высотах препятствий. Высказано предположение о необходимость теоретического исследования изменения коэффициента шероховатости в зависимости от отношения высоты препятствия к диаметру трубы в широком диапазоне наполнений. Представлены результаты натурных экспериментов по выявлению эффективности транспортирующей способности трубопроводной сети, зависящей от наполнения при определенном характере искусственных препятствий. Цели: теоретическое и экспериментальное изучение процессов вихреобразования и транспортирующей способности потока жидкости при движении по безнапорному лотку с текстурированной поверхностью для выявления оптимальной области эксплуатации трубопровода. Материалы и методы: проанализированы литературные источники, разработаны стенды по проведению натурных экспериментов. Проведены серии экспериментов и выдвинуты теоретические положения и возможности повышения транспортирующей способности потока при движении его по безнапорному трубопроводу с различной текстурированной внутренней поверхностью. Для определения скорости потока использован объемный метод, а оценка степени турбулентности произведена с помощью фото и киноаппаратуры на базе использования светотеневого эффекта. Результаты: проведены исследования образования микротурбулентности потока при установке единичных и групповых препятствий на открытом лотке, построены графики и получены математические зависимости коэффициента шероховатости от соотношения высоты препятствия к диаметру трубы при различных значениях наполнений. Проведено сопоставление значений коэффициента шероховатости для реальных канализационных труб из различных материалов с искусственной шероховатостью, создаваемой на экспериментальной установке. Установлено практическое отсутствие расхождений между искусственной и естественной шероховатостями в диапазоне самоочищающих скоростей течения воды и расчетных наполнений. Выводы: проведенные исследования показали, что наличие искусственной шероховатости в виде различного типа препятствий на внутренней поверхности трубопровода (по высоте, шагу, конфигурации) оказывает эффективное воздействие на транспортирующую способность потока воды. Это позволяет использовать текстурированную поверхность в виде полимерных рукавов, наносимых на внутреннюю поверхность трубопроводов при их бестраншейной реновации, для обеспечения самоочищения труб и повышения эффективности транспортировки наносов.
  • безнапорные трубопроводы;
  • гидравлика;
  • турбулентность;
  • коэффициент шероховатости;
  • текстурированные поверхности;
  • транспортирующая способность;
Литература
  1. Хренов К.Е., Пахомов А.Н., Богомолов М.В. и др. Современные технологии и оборудование для модернизации сетей и сооружений канализации // Водоснабжение и санитарная техника. 2008. № 10. С. 15-24.
  2. Харькин В.А. Разработка системного подхода и оптимизация эксплуатации безнапорных водоотводящих сетей : автореф. дис. … канд. техн. н. М., 2003. 20 с.
  3. Отставнов А.А. Современные материалы и технологии для реализации задач реформы ЖКХ // Сантехника. 2004. № 4. С. 2-4.
  4. Kuliczkowski A. Rury kanalizacyjne. Kielce, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2004. 507 p.
  5. Rameil M. Handbook of pipe bursting practice. Vulkan verlag Gmbh, 2007. 351 p.
  6. Захаров Ю.С., Орлов В.А. Восстановление водоотводящих сетей полимерными рукавами. М. : Русайнс, 2017.
  7. Голубев В.О. Обобщенная математическая модель течения парожидкостного потока через трубы и местные сопротивления // Math. Designer. 2016. No. 1. Pp. 58-64.
  8. Coleman S., Nikora V. Bed and flow dynamics leading to sediment wave initiation // Water Resources Research. 2009.No. 45 (4). Pp. 1-12.
  9. Калицун В.И., Дроздов Е.В., Комаров А.С., Чижик К.И. Основы гидравлики и аэродинамики. М. : Стройиздат, 2005. 205 с.
  10. Zwierzchowska A. Optymalizacja doboru metod bezwykopowej budowy rurociągów podziemnych. Wydawnictwo Politechniki Swietokrzyskiej. 2003. 161 р.
  11. Добромыслов А.Я. Гидравлический расчет безнапорных трубопроводов // Трубопроводы и экология. 2000. № 2. С. 21-24.
  12. Orlov V. Pipeline walls hydrophobic properties study and their protective coatings used in trenchless technologies // MATEC Web of Conferences. Vol. 86: 5th International Scientific Conference on Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education, IPICSE 2016. UNSP 04020.
  13. Пат. РФ на полезную модель 176330 МПК C08J 7/00 (2006.01) G01N 13/00 (2006.01) G01B 9/00 (2006.01) G01M 13/02 (2006.01). Испытательный стенд по исследованию турбулентности и транспортирующей способности потока жидкости оптическими средствами в открытых лотках при различном рельефе их внутренней поверхности / В.А. Орлов, И.С. Дежина, А.А. Пелипенко, Е.В. Орлов; патентообл. В.А. Орлов; заяв.: 2017108956, 17.03.2017.
  14. Пат. РФ на полезную модель 157695 от 20.02.2017 МПК G01N 13/00 (2006.01). Испытательный стенд по определению степени гидрофобности материалов для изготовления труб и ремонта трубопроводов / авт. и патентообл. В.А. Орлов, И.С. Дежина, Е.В. Орлов, И.А. Аверкеев; заяв. 2015116301/28, 29.04.2015.
  15. Свид-во о гос. регистрации программ для ЭВМ 2017612281. Программа расчета степени гидрофобности и гидравлических параметров труб и защитных покрытий / авт. и патентообл. В.А. Орлов, С.П. Зоткин, И.С. Дежина, А.А. Пелипенко; заяв. 2016664669 28.12.2016.
  16. Orlov V., Zotkin S., Dezhina I., Zotkina I. Calculation of the hydraulic characteristics of the protective coating used in trenchless technologies for the construction and renovation of pipelines to extend their service life // MATEC Web of Conferences 1. Vol. 117: 6th R-S-P Seminar 2017 Theoretical Foundation of Civil Engineering. UNSP 001852.
  17. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М. : Недра, 1980. 216 с.
  18. Альтшуль А.Д., Калицун В.И., Майрановский Ф.Г., Пальгунов П.П. Примеры расчетов по гидравлике. М. : Альянс. 2013. 255 с.
  19. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. М. : ООО Бастет, 2009. 350 с.
  20. Лукиных А.А., Лукиных Н.А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н.Н. Павловского. М. : ООО Бастет, 2011. 382 с.
  21. Куличковский А., Куличковская Э., Лочовик Д. Исследование глазурованных керамических труб и применение их в бестраншейных технологиях // Технологии Мира. 2012. № 10 (48). С. 23-28.
СКАЧАТЬ (RUS)