Статья: Методика расчёта конструкции резервуара на гидродинамическую нагрузку подводного течения воды

Расчет конструкций резервуара

Расчет конструкции резервуаров для хранения жидкостей выполняется по методике предельных состояний, согласно ГОСТ 27751. В процессе расчетного срока эксплуатации резервуар обязательно должен быть устойчив к нагрузкам и воздействиям, которые были заданы при его проектировании. Расчетные и нормативные значения нагрузок и воздействий, а также их сочетаний должны учитывать сейсмические и климатические условия, а также технологические особенности эксплуатации резервуаров, согласно СНиП 2.01.07-85. К постоянным нагрузкам, воздействующим на конструкцию резервуара, относятся нагрузки от собственного веса ее составляющих. К временным длительным нагрузкам на резервуар относятся:

1. Воздействие от деформации основания.
2. Вес стационарного оборудования резервуара.
3. Температурные воздействия.
4. Давление, оказываемое хранимым сырьем.
5. Вес теплоизоляции.
6. Снеговые нагрузки.

К временным кратковременным нагрузкам относятся ветровые нагрузки, некоторые снеговые нагрузки, вес людей и т.п. К особым нагрузкам на резервуар можно отнести сейсмическое воздействие, нагрузки во время стихийного бедствия, аварийные нагрузки и т.п. При расчете конструкций резервуаров выполняются следующие операции и расчеты:

1. Учет класса опасности сооружаемого резервуара.
2. Учет условий работы. Коэффициент условий работы зависит от таких факторов как врезки в стенку резервуара, сопряжение стенки резервуара с крышей, наличие стационарной или плавающей крыши, параметры колец жесткости и т.п.
3. Учет температуры эксплуатации резервуара.
4. Расчет стенок резервуара. Данный расчет включает в себя расчет стенки резервуара на прочность, устойчивость стенки резервуара, критерий устойчивости стенки, расчет ветровых колец.
5. Расчет стационарных крыш (при необходимости).
6. Расчет понтонов или плавающих крыш (при необходимости).
7. Расчет допускаемых нагрузок на патрубки резервуара.
8. Параметры сейсмического воздействия (при необходимости).
9. Проведение мероприятий для предотвращения стихийного воздействия водного потока на резервуар.

Расчет гидродинамической нагрузки подводного течения воды

Для расчета гидродинамической нагрузки подводного течения воды, предположим, что резервуара цилиндрической формы опущен в воду. Водный слой снизу ограничен дном из твердых пород, а сверху тонкой упругой пластиной ледяного покрова. Жидкость невязкая и несжимаемая, а ее плотность возрастает по мере увеличения глубины. В этом случае жидкость толщиной Н будет занимать площадь:

Рисунок 1. Формула.

где, x, y – горизонтальные и вертикальные координаты.

Полное возмущение жидкости тогда можно выразить следующей формулой:

Рисунок 2. Формула.

где комплексные функции Pj (х,у)(1,2,3)выражают радиационное давление, которое обусловлено частотой колебания тела w по трем степеням свободы nj; t – время.

Тогда, согласно приближению Буссинекса функции Pj (х,у) должны удовлетворять уравнению:

Рисунок 3. Формула.

где, N – константа; g – ускорение свободного падения.

Тогда уравнение малых колебаний снежного покрова имеет следующий вид:

Рисунок 4. Формула.

где, С(x, t) – вертикальное перемещение ледяного покрова; E– модуль Юнга; v – коэффициент; Пуассона; K - усилие сжатия; p1 – плотность ледяного покрова; h1 – толщина ледяного покрова.

При использовании кинематического соотношения на нижней поверхности льда, для функции Pj (х, у) получаем следующее условие:

Рисунок 5. Формула.

На контуре тела S ставится условие непротекания:

Рисунок 6. Формула.

где, n = (nx, ny) – внутренняя нормаль к контуру S.

$n1=nx, n2=ny, n3=(y-y0)n1 - (x - x0)n2.$

где, х0 и у0 – координаты точек, относительно которых совершаются колебания тела.

Граничное условие на нижней границе жидкости имеет вид:

Рисунок 7. Формула.

Гидродинамическая нагрузка подводного потока, которая воздействует на цилиндрический резервуар, определяется силой F = (F1, F2), а также моментом F3 и имеет вид:

Рисунок 8. Формула.

где, λkj, µkj —коэффициенты демприфирования и присоединенных масс.

Решение задачи по определению гидродинамической нагрузки подводного потока значительно зависит от частоты колебаний погруженного тела (резервуара). Например, если w N, то функция Pj будет эллиптической, а колебания тела будут возбуждаться только поверхностными волнами.