10806

Рис1.2 Изменение окислительной мощности аэротенка Nok при изменении температуры жидкости ( заштрихованная область Nок-max).

Изменение температуры жидкости, поступающей в сооружения биологической очистки, влияет на растворимость в ней газов. Так, при повышение температуры жидкости в аэротенке растворимость в ней кислорода уменьшается [2].

Вместе с тем, интенсивность процессов, сопровождающих обмен веществ в микробных клетках, возрастает, что увеличивает потребление кислорода активным илом (рис 1.3). Значительная интенсификация процессов, связанная с обменом веществ, при повышении температуры среды обитания отрицательно влияет на размножение микроорганизмов активного ила, что в свою очередь оказывает влияние на прирост биомассы. Работа аэротенков при повышенной температуре может сопровождаться вспуханием активного ила, что обусловлено массовым развитием водорослей. Это явление чаще всего наблюдается при 30оС и выше.

Рис.1.3 Влияние температуры жидкости в аэротенке на относительную скорость потребления кислорода активным илом (при температуре жидкости в аэротенке 20оС скорость потребления кислорода принята за единицу).

280

Лабораторные исследования показали, что при повышении температуры жидкости, находящейся в аэротенке, прирост биомассы активного ила уменьшается (рис.1.4).

Рис.1.4 Влияние температуры жидкости в аэротенке на прирост биомассы активного ила gв (при 20оС прирост биомассы активного ила принят за единицу).

При повышении температуры среды активный ил претерпевает значительные изменения: изменяются форма и структура зооглейных скоплений, несколько уменьшаются размеры бактериальных клеток, образующих зооглеи. С повышением температуры жидкости в аэротенке от 20 до 40 оС количество видов микроорганизмов, присутствующих в активном иле, значительно снижается, так как в нём остаются только виды микроорганизмов, способные адаптироваться к повышенным температурам. Температурный режим работы сооружений биологической очистки оказывает существенное влияние на микрофлору активного ила

[3].

Повышение и понижение температуры приводит к снижению числа видов (рис1.5).

Рис. 1.5 Изменение числа видов микроорганизмов в активном иле nв при изменении температуры жидкости в аэротенке tc.

281

При изменении температуры жидкости в аэротенке изменяется как видовой состав микрофауны активного ила, так и число присутствующих в ней видов. Наибольшее число видов микрофауны присутствует в активных илах при температуре жидкости в аэротенке 20оС.

Эффект интенсификации окисления промышленных сточных вод в сооружениях биологической очистки при повышенной температуре жидкости достигается только при стабильном температурном режиме. Адаптация активного ила к повышенной температуре происходит медленнее, чем к токсичным соединениям. Кратковременное изменение температурного режима работы сооружений биологической очистки, в течение нескольких часов, приводит к нарушению устойчивой работы аэротенков и ухудшению санитарно-химических показателей очищенной жидкости.

При снятии температурного возмущения нормальная работа аэротенков восстанавливается в течение нескольких суток. Интенсификация биохимического окисления содержащихся в промышленных сточных водах веществ зависит от химического состава исходного стока, от нагрузки на активный ил. Повышение нагрузки до 0,8 г БПК на 1 г ила в сутки приводит к увеличению скорости окисления содержащихся в смешанном стоке веществ при оптимальной температуре 37о С в два раза по сравнению со скоростью при 20о С (рис. 1.2).

Работа аэротенков при повышенной температуре может сопровождаться вспуханием активного ила, что обусловлено массовым развитием водорослей. Это явление чаще всего наблюдается при 30оС и выше. Интенсификация процесса очистки промышленных сточных вод, достигаемая повышением температуры в аэротенке, экономически оправдана и может быть рекомендована только при наличии на предприятии сточных вод с высокими температурами.

Рекомендуется поддерживать температуру смешанного стока на входе в аэротенк в пределах 20÷25оС. При этом количество воздуха, подаваемого в него, должно составлять 80-90 м3 на 1 кг перерабатываемых загрязнений по БПКп, концентрация кислорода в аэротенке должна находиться в пределах 5-6 мг/л, во вторичном отстойнике 3,0мг/л, концентрация активного ила 3,0-3,5г/л. Эффект интенсификации биохимического окисления загрязняющих веществ будет тем выше, чем стабильнее и точнее выдерживается оптимальный режим очистки. Для различного состава сточных вод текстильного предприятия этот эффект будет различен.

Литература 1.Канализация населённых мест и промышленных предприятий.

Справочник проектировщика. Под ред. Самохина В.Н. М.: Стройиздат,

1981.- С 518-520.

282

2.Куцак Л.М., Швецов В.Н., Пшеницина И.В., Труды ВНИИВОДГЕО, 1974, вып 47. – С10-25.

3.Назаренко И.В.// В кН.: Санитарная охрана водоёма от загрязнения промышленными сточными водами. М.: Медгиз, 1959.- С 5-10.

Е.С. Усатова

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЁТА НАГРУЗОК НА КОНСТРУКЦИИ БАШЕННЫХ ГРАДИРЕН

Градирня представляет собой сооружение для охлаждения воды в оборотных системах водоснабжения.

Градирни применяются почти во всех отраслях промышленности, особенно велико их использование в энергетической, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, производства минеральных удобрений и других, поскольку на сегодняшний день отвод низкопотенциального тепла от промышленных аппаратов с помощью градирен - самый дешёвый способ, позволяющий сэкономить не менее 95% свежей воды.

Рассмотрим подробнее нагрузки, действующие на башенную градирню, а именно:

постоянные (вес сооружения (вес несущих и ограждающих конструкций), вес и давление грунтов);

длительные (вес оборудования (водораспределительная система, оросители, водоуловители);

кратковременные (снеговая, ветровая, гололёдная, вес людей и ремонтных материалов);

особые (сейсмические).

Особое значение при расчёте башенных градирен составляют кратковременные нагрузки, а именно ветровые, которые согласно [3] рассчитываются по следующей формуле:

где – средняя составляющая основной ветровой нагрузки; - пульсационная составляющая основной ветровой нагрузки.

Нормативное значение средней составляющей основной ветровой нагрузки согласно п. 11.1.3 [3] определяется по формуле:

где - нормативное значение ветрового давления;

283

- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

- аэродинамический коэффициент (для градирен принимается как для сооружений с круговой цилиндрической поверхностью).

Все коэффициенты принимаются согласно п.11.1.3-11.1.7[3].

Для таких сложных по форме сооружений, как башенные градирни, аэродинамические коэффициенты могут быть рассчитаны по различным нормативным документам (таблица 1).

Таблица 1

284

Рис. 3

Нормативное значение пульсационной составляющей основной ветровой нагрузки согласно п. 11.1.8[3] определяется по формуле:

где - средняя составляющая основной ветровой нагрузки; - коэффициент пульсации давления ветра, зависящий от

высоты ;

- коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления. Все коэффициенты принимаются согласно п.11.1.8-11.1.11[1]. Согласно [2] динамический анализ расчёта градирни на

пульсационную составляющую ветровой нагрузки сводится к нахождению перемещений точек u, v, w – соответственно меридиональные, вдоль параллели и нормальные перемещения точек срединной поверхности оболочки (рисунок 4). Затем эти перемещения с помощью расчётов переводят в пульсационное ветровое давление.

Рис. 4

Анализ спектров колебаний и взаимных спектральных плотностей пульсации давления ветра, выполненный опытным путём в аэродинамической трубе, позволяет сделать следующие упрощения:

285

1.поверхность градирни можно разбить на 2 области, ограниченные меридианами, проходящие через точки отрыва вихрей. Каждая область характеризуется своим спектром колебаний;

2.взаимные спектры колебаний в наветренной области зависят от точек расположения на параллели. Остальные взаимные спектры колебаний не зависят от расположения точек по горизонтали и вертикали;

3.перемещения поперёк действия ветрового потока при колебаниях малы и ими можно пренебречь.

Рассмотрим ветровую нагрузку в помощью третьего нормативного документа – «Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия».

Ветровое усилие, действующее на конструкцию или конструктивный элемент, определяется согласно п. 5.3[4] по формуле:

где - конструкционный коэффициент; - аэродинамический коэффициент;

-пиковое значение скоростного напора ветра;

-базовая площадь конструкции или конструктивного элемента.

неодновременного возникновения пиковых значений скоростного напора

где - коэффициент наружного давления;

- коэффициент, учитывающий концевой эффект для кругового цилиндра.

На рисунке 5 представлен коэффициент внешнего давления для различных значений чисел Рейнольдса Re в зависимости от угла α.

286

Рис. 5

Выводы

градирни – уникальные сооружения, эксплуатируемые в тяжёлых условиях на протяжении многих лет, требующие полноценного исследования современными расчётными комплексами для дальнейшей безаварийной работы на время всего нормативного срока эксплуатации;

одной из наиболее значимых нагрузок является ветровая

нагрузка;

прямое применение нормативных методик расчёта ветровых нагрузок при расчёте градирен может привести как к излишнему завышению, так и к занижению расчётных величин;

отсутствуют рекомендации по назначению аэродинамических коэффициентов для сложных по форме сооружений

Именно поэтому, для высотных и уникальных зданий и сооружений рекомендуется проведение экспериментальных исследований в специализированных аэродинамических трубах.

Литература

1.Пособие по проектированию градирен (к СНиП 2.04.02-84). Центральный институт типового проектирования – 1989 г.;

2.Руководство по расчёту зданий и сооружений на действие ветра. – М.: Стройиздат, 1978 г.;

3.СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*»;

4.EN 1991-1-4-2009. Еврокод 1. Воздействия на конструкции. Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия.- М.: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, 2009. - 130 с.

287

Р.А. Уперчук

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева (Самарский университет)

ОЦЕНКА ЭКОНОМИИ ПОТРЕБНОЙ СКОРОСТИ РАКЕТНОСИТЕЛЕЙ ПРИ ВОЗДУШНОМ СТАРТЕ

Вработе исследуются составляющие суммарных потерь скорости ракет для запуска с определенной высоты при помощи авиационных носителей (дирижаблей или самолетов). Обосновывается целесообразность применения воздушного старта в задачах вывода полезной нагрузки на низкую и высокую круговые орбиты. Устанавливается взаимосвязь между развитием воздушного старта и повышением скорости и грузоподъемности потенциальных носителей.

Всвязи с достижением практического предела энергетических возможностей топлива для химических ракетных двигателей, используемых в качестве стартовых и маршевых, исследование космического пространства посредством ракетной техники ограничивается выводом полезной нагрузки на околоземные орбиты и полетом автоматических аппаратов к планетам Солнечной системы. Широкий диапазон электрических ракетных двигателей в настоящее время не способен развить тягу, достаточную для преодоления земного притяжения

иразного рода потерь (связанных с сопротивлением среды, управлением и т.п.). Помимо этого, существует проблема необходимости экономии ракетного топлива, связанная с ограниченностью ресурсов, требуемых для его изготовления.

Одним из возможных решений является использование техники воздушного старта, работы над которой велись в СССР и США еще с 1950- х годов. В настоящее время значительные успехи достигнуты американской оборонной компанией Orbital ATK по выводу ракет серии Pegasus («Пегас») при помощи самолета L-1011 Stargazer c высоты 10-12 км. Повышение практического потолка и максимальной скорости, улучшение маневренности транспортных самолетов расширяет возможности воздушного старта. Тема исследований особенно актуальна для российской космонавтики, так как данная техника способствует экономии топлива, увеличению числа запусков, интегрированному развитию авиационной и ракетной техники и повышению приоритета страны в исследованиях космоса.

Согласно [3], потребная скорость для вывода полезной нагрузки на орбиту всегда больше идеальной, вычисляемой по формуле Циолковского, так как требуется компенсация потерь, связанных с гравитацией, сопротивлением среды, управлением и изменением тяги вследствие

288

изменения внешнего давления с высотой. По данным [2], суммарные потери скорости при движении через атмосферу Земли составляют в среднем 25%.

Использование техники воздушного старта способствует экономии потребной скорости. Во-первых, она связана с разностью высот. Увеличение высоты относительно центра Земли понижает потребную скорость [3]. Более того, повышается эффективность запусков вследствие возможности движения самолета-носителя к экватору, где радиус планеты максимален. Касательно России, это позволит снизить затраты, связанные с доставкой объектов на космодром Куру, расположенный вблизи экватора. Если сравнивать с запуском с поверхности океана (плавучий космодром «Морской старт»), то исключаются проблемы с затратами на гашение колебаний водных масс.

Во-вторых, низкие плотность воздуха и давление в стратосфере снижают аэродинамические потери и потери, связанные с давлением внешней среды на срез сопла. Исходя из данных, полученных в ходе проведения работы при расчетах, их процентное отношение к идеальной скорости близко к нулю, и их можно исключить в первом и втором приближении.

В-третьих, изменяется техника достижения ракетой оптимального угла наклона траектории посредством того, что маневр проводится самолетом [1]. Начальный угол наклона траектории больше, чем при вертикальном старте, когда он близок к нулю. Из этого следует, что снижаются затраты топлива на изменение данного угла до необходимого.

В-четвертых, при воздушном старте ракета по инерции приобретает начальную скорость, зависящую от скорости авиационного носителя [2]. Процентная модель, полученная в ходе проведения работы, показывает, что именно эта составляющая экономии скорости наиболее актуальна для совершенствования техники и может варьироваться при использовании самолетов с разными значениями максимальной скорости.

По результатам проведенных расчетов заключается вывод о том, что применение способа воздушного старта для вывода малогабаритной и легкой полезной нагрузки на околоземные орбиты разного радиуса технически эффективно, что подчеркивает актуальность развития и использования техники воздушного старта как для российской, так и для мировой космонавтики.

Литература

1.Алифанов, О. М. Баллистические ракеты и ракеты-носители [Текст]: пособие для студентов вузов / О. М. Алифанов, А. Н. Андреев, В. Н. Гущин [и др.]; под ред. О. М. Алифанова. – М.: Дрофа, 2004. – 512 с.

2.Куренков, В. И. Основы автоматизированного проектирования [Электронный ресурс]: электрон. учеб. пособие / В. И. Куренков, А. А.

289