WikiDer > Эффект свободной поверхности - Википедия

Free surface effect - Wikipedia
Жидкость, ударяющаяся о стену в контейнере, вызовет плескание.

В эффект свободной поверхности это механизм, который может вызвать гидроцикл стать нестабильным и опрокидываться.[1]

Это относится к тенденции жидкости - и несвязанных агрегатов мелких твердых предметов, таких как семена, гравий или дробленая руда, поведение которых приближается к жидкостям, - перемещаться в ответ на изменения в отношение грузовых трюмов, палуб или емкостей с жидкостью судна в ответ на движения, вызванные оператором (или состояния моря вызванные волнами и ветром, действующими на судно). Говоря о свободная поверхность В результате состояние неполного бака описывается как «незаполненный бак», тогда как полный бак «сдавливается».[2]

Стабильность и равновесие

На нормально загруженном судне любому перекату с перпендикуляра препятствует восстанавливающий момент образуется за счет увеличенного объема воды, вытесняемой корпусом на опущенный борт. Это предполагает, что центр тяжести судна относительно постоянен. Если движущаяся масса внутри сосуда движется в направлении вращения, это противодействует эффекту стабилизации, перемещая центр тяжести в сторону опущенной стороны. Эффект свободной поверхности может стать проблемой на судне с большими частично заполненными навалочными грузовыми отсеками, топливными баками или цистернами для воды (особенно если они охватывают всю ширину судна) или из-за случайного затопления, например, которое произошло в нескольких авариях. с участием свернуть в рулон от паромы.

Если отсек или бак пуст или полон, центр масс аппарата не меняется при его крене из стороны в сторону (при сильном ветре, сильном волнении, резких движениях или поворотах). Однако, если отсек заполнен только частично, жидкость в отсеке будет реагировать на качка, тангаж, крен, всплеск, качание или рыскание. Например, когда судно катится к левому борту, жидкость перемещается к левому краю отсека, и это перемещает центр масс судна в левый. Это замедляет возврат судна в вертикальное положение.

В импульс больших объемов движущихся жидкостей вызывают значительные динамичный силы, которые действуют против восстанавливающего эффекта. Когда сосуд возвращается в вертикальное положение, вращение продолжается, и эффект повторяется на противоположной стороне. При сильном волнении это может стать положительный отзыв петля, заставляя каждый бросок становиться все более и более экстремальным, в конечном итоге преодолевая эффект выравнивания, приводящий к опрокидыванию. Хотя повторяющиеся колебания увеличивающейся величины обычно связаны с эффектом свободной поверхности, они не являются необходимым условием. Например, в случаях как SSНормандия и РСас-Салам Боккаччо 98, постепенное скопление воды в результате тушения пожара привело к опрокидыванию одного непрерывного рулона.

Смягчение

Чтобы уменьшить эту опасность, грузовые суда используют несколько меньших объемных отсеков или цистерн для жидкости вместо меньшего количества больших, и, возможно, перегородки в объемных отсеках или резервуарах с жидкостью, чтобы свести к минимуму влияние свободной поверхности на судно в целом. Сохранение отдельных отсеков для сыпучих материалов или резервуаров для жидкости относительно пустыми или полными - еще один способ минимизировать эффект и сопутствующие проблемы. Гидравлические цистерны используйте воду для вытеснения более легкого масла, чтобы бак всегда оставался полным.[3] Цистерны или отсеки, которые не перекрывают осевую линию судна, несколько менее подвержены дестабилизирующим колебаниям. Точно так же узкие отсеки (выровнены носом к корме) и отсеки на крайних участках от средней линии менее склонны вызывать нестабильность.

Исторические примеры

Затопление, утечка жидкого груза или непреднамеренная вода (из-за осадков, волн или повреждения корпуса) в любых отсеках или на любых палубах плавсредств и возникающий в результате эффект свободной поверхности часто являются причиной аварий, опрокидывания и несчастных случаев, например Потери из TEVWahine (Веллингтон, Новая Зеландия, апрель 1968 г.), РСВестник свободного предпринимательства (Зебрюгге, Бельгия, март 1987 г.) и РСЭстония (Балтийское море, сентябрь 1994 г.). В случае парома RORO ас-Салам Боккаччо 98 (Красное море, февраль 2006 г.), неправильные процедуры пожаротушения вызвали наводнение, которое напрямую привело к нестабильности и опрокидыванию. В обоих случаях ас-Салам Боккаччо 98 и Коста КонкордияСерьезное кренование последовало сразу после того, как судно претерпело резкий поворот, в результате чего нестабильные объемы воды (в последнем случае повреждения от столкновения) хлынули с одной стороны корабля на другую.

Воздействие на землю и самолет

Эффект свободной поверхности может повлиять на любой вид ремесла, в том числе гидроцикл (где чаще всего), насыпной груз или жидкость танкер полуприцепы и грузовики (вызывая либо складной нож или опрокидывание), и самолет (особенно пожаротушение капельницы воды и заправочные цистерны, где перегородки смягчают, но не устраняют эффекты). Термин «эффект свободной поверхности» означает жидкость под действием силы тяжести. Слэш динамика - это всеобъемлющая область, которая охватывает как эффекты свободной поверхности, так и ситуации, такие как космические аппараты, где гравитация несущественна, но инерция и импульс взаимодействуют со сложной механикой жидкости, вызывая нестабильность аппарата.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Э. Льюис, редактор, Principles of Naval Architecture, 2nd. Rev., 1988 (Общество военно-морских архитекторов и морских инженеров), стр. 93ff
  2. ^ Морское руководство по инспекции судов.
  3. ^ Моррелл, Роберт В. (1931). Нефтяные танкеры (Второе изд.). Нью-Йорк: Издательство Simmons-Boardman. С. 305 и 306.

внешняя ссылка