УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СЕТНОГО ПОЛОТНА ПРИ ПРОДОЛЬНОМ ОБТЕКАНИИ

Полезная модель относится к области гидродинамических испытаний. Устройство предназначено для определения величин гидродинамических коэффициентов сопротивления сетного полотна при его продольном обтекании, используемых при проведении научно-исследовательских работ по изучению гидродинамического сопротивления рыболовных сетей.
Известна установка для исследования гидродинамического сопротивления (патент РФ №2285906, МПК G01M 10/00, опубл. 20.10.2006 г.), включающая диск, связанный с вертикальным валом и помещенный в резервуар с водой, основной и вспомогательный грузы, способные перемещаться в вертикальном положении на строго определенное расстояние, гибкий трос, обеспечивающий переход поступательного движения груза во вращательное движение диска в воде. Стопор фиксирует начальное положение системы. При исследовании используют диски покрытые различными веществами, определяют время опускания груза при вращении каждого диска и проводят сравнительный анализ покрытий на гидродинамическое сопротивление.
К недостаткам вышеописанной установки можно отнести то, что результаты эксперимента носят исключительно качественный характер и могут быть использованы лишь для сравнительного анализа, что недостаточно для проведения более точных гидродинамических исследований различных материалов, например сетных полотен, для чего необходимо знать числовые значения коэффициентов гидродинамического сопротивления материала.
Известно устройство для определения гидродинамического сопротивления сетного полотна (RU, патент №95838, МПК G01M 10/00, опубл. 10.07.2010 г.), включающее испытуемый образец, погруженный в резервуар с водой, над которым размещена горизонтальная направляющая с установленными на ней роликами, причем крайний ролик закреплен неподвижно, а следующий установлен с возможностью горизонтального перемещения. Испытуемый образец сетного полотна, заключенный в рамку, погружен в резервуар с водой. Подвешенный на гибкой связи груз имеет возможность вертикального перемещения посредством роликов. Рамка, установленная горизонтально, для исключения возможного перекашивания при перемещении, оснащена симметрично расположенными по ее периметру гибкими связями, соединенными с перекинутой через ролики гибкой связью с подвешенным грузом. Гибкая связь установлена по вертикали, проходящей через центр тяжести испытуемого образца с рамкой и в месте соединения снабжена стопорной шайбой.
Устройство не позволяет определять величины гидродинамических коэффициентов сопротивления сетного полотна при его продольном обтекании, т.к. рамка с образцом сетного полотна расположена в резервуаре горизонтально, т.е. при движении рамки ее плоскость расположена перпендикулярна набегающему потоку жидкости.
Полезная модель решает задачу определения числовых значений коэффициентов гидродинамического сопротивления сетных полотен при продольном обтекании, за счет обеспечения возможности поступательного перемещения плоскости испытуемого образца сетного полотна параллельно набегающему потоку жидкости.
Для получения необходимого технического результата в известном устройстве для определения гидродинамического сопротивления сетного полотна, включающем резервуар с водой, над которым размещена горизонтальная направляющая для гибкой связи с установленными на ней с краю и в средней части роликами, погруженный в резервуар с водой испытуемый образец сетного полотна, заключенный в рамку, к которой прикреплена перекинутая через ролики, разветвленная на конце гибкая связь, с подвешенным грузом на другом ее конце, предлагается рамку с образцом сетного полотна в резервуаре установить вертикально, ее верхнее ребро снабдить проушинами, к которым прикрепить гибкую связь, а место разветвления гибкой связи зафиксировать стабилизирующим поплавком, обеспечивающим вертикальное положение статического равновесия рамки при ее перемещении.
На прилагаемой к описанию схеме изображено предлагаемое устройство.
На схеме приняты следующие обозначения:
1 - резервуар с водой;
2 - направляющая для гибкой связи горизонтальная;
3 - закрепленные на направляющей ролики;
4 - рамка;
5 - проушины;
6 - стабилизирующий поплавок;
7 - гибкая связь;
8 - съемный груз;
9 - уровень воды в резервуаре;
10 - отдельные ветви связи, прикрепленные к проушинам;
11 - сетное полотно;
1'-1', 2'-2', 3'-3', К' - маркеры на гибкой связи;
К' - контрольный маркер.
Предлагаемое устройство включает в себя: резервуар 1 с водой, горизонтальную направляющую 2 для гибкой связи 7, с закрепленными на ней двумя роликами 3, один - в средней части, второй - ближе к краю направляющей. Испытуемый образец сетного полотна 11 заключен в рамку 4. На гибкой связи 7 подвешен груз 8. Гибкая связь 7 пропущена через ролики 3. Отдельные ветви 10 гибкой связи 7 прикреплены к проушинам 5. Место разветвления гибкой связи зафиксировано стабилизирующим поплавком 6. На другом конце гибкой связи 7 подвешиваются съемные грузы 8 переменной массы.
Конкретный пример работы устройства.
р
Резервуар 1 представляет собой емкость в форме параллелепипеда, заполняемую водой на высоту Н=1,0 м. Направляющая 2 выполнена в виде деревянного бруса, к которому прикреплены ролики 3 и 4. Рамка 4 с сетным полотном 11 установлена в резервуаре вертикально и к ее верхнему ребру, снабженному проушинами 5, прикреплены ветви гибкой связи 10. Стабилизирующий поплавок 6 фиксирует место разветвления гибкой связи 7 и обеспечивает стабильное продольное обтекание плоскости рамки с сетным полотном набегающим, потоком жидкости. С помощью сменных грузов 8 определяется вес рамки 4 с сеткой в воде, который соответствует положению статического равновесия системы. Затем при различных массах дополнительных съемных грузов 8 определяется время подъема рамки с сеткой на расчетную высоту. Расчетная высота устанавливается по маркерам на гибкой нити. На гибкой нити наносится три маркера: первый маркер 1'-1', когда нижнее ребро рамки касается днища; второй маркер 2'-2', соответствующий расстоянию 0,1 м рамки от дна резервуара, и третий маркер 3'-3' на расстоянии 0,675 м от второго. Расстояние Н=0,675 м является расчетным. Когда второй маркер на гибкой нити при движении рамки совпадает с контрольным маркером К' на крайнем направляющем ролике 3, секундомер включается. Когда третий маркер на гибкой нити совпадает с контрольным маркером на крайнем направляющем ролике, секундомер выключается. Зная время подъема рамки 4 с сетным полотном 11, высоту подъема, массы съемных грузов 8, при которых происходит движение испытуемого объекта, можно непосредственно из эксперимента расчетом определить значения скорости, а затем значения гидродинамических коэффициентов сопротивления, которые являются функцией скорости.
1
р
cp
cp
2
Например, масса съемного груза m=358 г, среднее время подъема рамки с сеткой на расчетную высоту Н=0,675 м соответствует t=4,14 с. Затем опыт повторяем, опуская в резервуар с водой рамку без сетного полотна. Подбираем груз так, чтобы время подъема рамки равнялось, как и в первом эксперименте, t=4,14 с. Масса груза в этом случае - m=350 г.
x
Сила сопротивления R будет равна
x
1
2
R=(m-m)g=(0,358-0,350)9,8=0,078 H,
2
где g=9,8 м/с - ускорение свободного падения;
1
m - масса рамки с сетным полотном;
2
m - масса рамки без сетного полотна.
Определяем скорость подъема по формуле
V=H/t=0,675/4,14=0,163 м/с.
х
После чего находим коэффициент гидродинамического сопротивления С образца сетного полотна
x
x
н
2
3
2
C=2R/sρV=2∗0,078/0,0118∗10∗(0,163)=0,497;
3
3
где ρ=10 кг/м - плотность воды;
н
2
s=0,0118 м - площадь ниток в сетке.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет исключительно простым и дешевым способом определить значения гидродинамических коэффициентов сетного полотна, чтобы использовать их в дальнейшем при изучении гидродинамического сопротивления сетных полотен орудий лова.
Именно вертикальная установка рамки с образцом сетного полотна в резервуаре и снабжение ее верхнего ребра проушинами, расположенными в плоскости крепления сетного полотна и жестко прикрепленных в углах рамки, а также наличие стабилизирующего поплавка, обеспечивают стабильное продольное обтекание плоскости рамки с сетным полотном набегающим потоком жидкости и возможность определения величин коэффициентов гидродинамического сопротивления при этом виде движения.