Экспериментальные исследования гидродинамического поля скоростей около траловых мешков Текст научной статьи по специальности «Физика»

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Розенштейн Михаил Михайлович, Жуков Валерий Павлович

Изложены результаты экспериментальных исследований гидродинамического поля скоростей внутри и снаружи различных моделей тралового мешка. Установлено, что гидродинамическое поле скоростей сетных конструкций зависит главным образом от угла атаки меридиана сетной части и относительной площади сетной конструкции. Изменение гидродинамического поля скоростей снаружи и внутри сетной конструкции тралового мешка зависит, помимо угла атаки меридиана сетной конструкции, от его безразмерной длины. Получены эмпирические формулы для расчета безразмерных скоростей потока внутри и снаружи сетных мешков в зависимости от угла атаки меридиана сетных конструкций, их относительной площади и относительной длины.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Розенштейн Михаил Михайлович, Жуков Валерий Павлович

Experimental studies of hydrodynamic field near the cod-end of trawl

Experimental results of hydrodynamic field investigation inside and outside of various cod-end models are presented. The trawl hydrodynamics depends mainly on the attack angle of the trawl and relative size of the cod-end . Moreover, the flows velocities outside and inside the cod-end depend on its dimensionless length. Empirical formulas are determined of these flows dimensionless velocities dependence on the attack angle and relative size and length of the cod-end . This dependence allows to improve geometrical and constructive parameters of cod-ends. When special devices for loops formation are installed on the cod-end , the velocity of water flow through the net meshes increases considerably (up to 60 %) that improves its selectivity because of better passability for small-size fish.

Текст научной работы на тему «Экспериментальные исследования гидродинамического поля скоростей около траловых мешков»

М.М. Розенштейн1, В.П. Жуков2*

1 Калининградский государственный технический университет, 236000, г. Калининград, Советский проспект, 1; 2 Всероссийская ассоциация рыбохозяйственных предприятий, предпринимателей и экспертов (ВАРПЭ), 103031, г. Москва, Рождественский бульвар, 9

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ ОКОЛО ТРАЛОВЫХ МЕШКОВ

Изложены результаты экспериментальных исследований гидродинамического поля скоростей внутри и снаружи различных моделей тралового мешка. Установлено, что гидродинамическое поле скоростей сетных конструкций зависит главным образом от угла атаки меридиана сетной части и относительной площади сетной конструкции. Изменение гидродинамического поля скоростей снаружи и внутри сетной конструкции тралового мешка зависит, помимо угла атаки меридиана сетной конструкции, от его безразмерной длины. Получены эмпирические формулы для расчета безразмерных скоростей потока внутри и снаружи сетных мешков в зависимости от угла атаки меридиана сетных конструкций, их относительной площади и относительной длины.

Ключевые слова: мезопелагические рыбы, траловый мешок, гидродинамическое поле скоростей.

Rozenshtein M.M., Zhukov V.P. Experimental studies of hydrodynamic field near the cod-end of trawl // Izv. TINRO. — 2008. — Vol. 154. — P. 324-335.

Experimental results of hydrodynamic field investigation inside and outside of various cod-end models are presented. The trawl hydrodynamics depends mainly on the attack angle of the trawl and relative size of the cod-end. Moreover, the flows velocities outside and inside the cod-end depend on its dimensionless length. Empirical formulas are determined of these flows dimensionless velocities dependence on the attack angle and relative size and length of the cod-end. This dependence allows to improve geometrical and constructive parameters of cod-ends. When special devices for loops formation are installed on the cod-end, the velocity of water flow through the net meshes increases considerably (up to 60 %) that improves its selectivity because of better passability for small-size fish.

Key words: cod-end, small size fish, hydrodynamic field.

Современный трал на 75-80 % своей длины состоит из крупной ячеи, через которую рыба легко выходит в процессе траления и особенно в процессе выбор-

* Розенштейн Михаил Михайлович, доктор технических наук, профессор кафедры промышленного рыболовства, e-mail: michael@rozen.koenig.su; Жуков Валерий Павлович, советник Президента ВАРПЭ по внешнеэкономической деятельности, e-mail: vzhukov2004@mail.ru.

ки трала. Только из тралового мешка выход рыбы минимален, вот почему именно мешку конструкторами и исследователями уделяется особенное внимание (Вой-никанис-Мирский, Вишневский, 1971; Заферман, Серебров, 1989; O'Neill, O'Donoghue, 1997; Korotkov, Meyler, 2001; Белов, 2002; Мейлер, 2005а). Большая часть рыбы, зашедшая в канатно-сетную оболочку трала, в траловый мешок не попадает: она распределяется по всему объему трала и легко выходит через его крупную ячею.

Практически во всех промысловых районах снизилась плотность скоплений, появилась недозагрузка судового технологического оборудования, уменьшилась рентабельность промысла. Появилась острая необходимость повышения удерживающих качеств тралов, и в первую очередь за счет максимального увеличения доли сетной части трала с допустимыми по правилам рыболовства минимальными размерами ячеи. Проблема селективности трала в настоящее время уже затрагивает не только мешок, но и всю мелкоячейную часть трала. С другой стороны, интересен вопрос о том, какой же характеристикой оценивать удерживающую способность трала на стадии проектирования и модельного эксперимента.

При обосновании рациональных параметров трала необходимо исходить из характера распределения объекта лова, его оборонительных видеотипических реакций на трал, скорости плавания рыб и их выносливости.

Сетная часть трала выполняет важные функции удержания и направления рыбы в траловый мешок. В зависимости от конструктивного исполнения сетной части могут существенно изменяться ее гидродинамические характеристики и характер поведения рыб относительно сетного полотна, что скажется на размерной и видовой селективности трала (Мысков, 1985; Заферман, Серебров, 1989; Korotkov, Meyler, 2001; Мейлер, 2005а).

Эффективность облова рыб во многом зависит от ассортимента сетеполотен в районе "критической зоны". Если эта зона оказывается в районе пластин с шагом ячеи, значительно превосходящим объячеивающий размер облавливаемых рыб, происходит интенсивный выход рыб через ячеи сетеполотен. Желательным вариантом следует считать тот, в котором в районе образования "критической зоны" используется сетное полотно с шагом ячеи, не позволяющим рыбам промыслового размера выходить через ячеи и объячеиваться в них. В настоящее время селективные характеристики трала большинство исследователей связывают с конструкцией тралового мешка.

В литературе вопрос выбора рациональных параметров сетной части трала освещен слабо. Он имеет особенно большое значение при проектировании мешков тралов, предназначенных для лова мезопелагических рыб. Под этим видом рыб в дальнейшем понимаются малоразмерные рыбы с ограниченными плавательными возможностями (светящиеся анчоусы и др.).

Известно, что трал является источником гидродинамических полей, которые влияют на поведение гидробионтов (Koo, James, 1973; Мизюркин и др., 1982; Костюков, Ш евченко, 1983; Ward, 1992; O'Neill, O'Donoghue, 1997; Paschen, Winkel, 1999; Еnеrhaug et al, 2001; Korotkov, Meyler, 2001; Белов, 2002; Shigeru et al., 2003; Enerhaug, 2005; Мейлер, 2005б). Величина и качество улова в мешке тесно связаны с картиной течения воды в нем, поэтому параметры тралового мешка (периметр, длина мешка, размеры ячей рубашки и каркаса) следует определять исходя из характеристик гидродинамического поля, возникающего внутри и снаружи тралового мешка. Конструктивные параметры мешка влияют на распределение скоростей течения в нем, а также на скорости и направления перемещения рыбы.

Несмотря на то что накоплен значительный экспериментальный материал по определению гидродинамического поля в сетных конструкциях, а также разработаны соответствующие математические модели, проблема расчета скоростей потока воды внутри траловых мешков остается актуальной.

Таким образом, возникает необходимость в проведении экспериментальных работ, направленных на определение зависимостей между скоростями истечения жидкости через сетную оболочку и ее конструктивными характеристиками.

Актуальность таких исследований состоит в практической потребности проектировщиков в рекомендациях по конструктивному оформлению мешка трала, обеспечивающему высокую уловистость малоразмерных рыб. Такие рекомендации должны базироваться на результатах исследования процессов истечения воды через сетную оболочку, чему и посвящена настоящая статья.

Материалы и методы

В качестве исследуемых образцов были приняты однородные сетные модели тралового мешка, конструктивные характеристики которых подбирались из расчета облова малоразмерных объектов, причем обоснование шага ячеи и диаметра нитки выполнено в соответствии с рекомендациями по их облову. Выбранные конструктивные характеристики приведены в табл. 1.

Конструктивные характеристики моделей траловых мешков

Constructive characteristics of models of cod-ends Номер модели тралового мешка Сплошность Fo Конструктивный параметр Р х 10-4

Схема расположения сечений в моделируемых образцах сетных траловых мешков, где производились измерения характеристик, показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема расположения сечений в моделируемых образцах сетных траловых мешков

Fig. 1. The circuit of an arrangement of sections in modeled samples codends

В табл. 1 конструктивные характеристики моделей вычислялись по формулам:

где I — количество сетных пластей; их — средний взвешенный посадочный коэффициент в поперечном сечении тралового мешка; С — средний взвешенный цикл крой сетных пластин (Розенштейн, 2000).

Сетные конструкции моделей траловых мешков различались размерами сетных пластин, циклами кроя сетных пластин и ассортиментом делей.

В ходе экспериментов производились измерения скоростей потока в вертикальной плоскости внутри и снаружи сетной оболочки моделей в точках по сечениям через каждые 35 мм при скорости потока У^ = 1 м/с (рис. 1). Для исследования полей скоростей в модели мешка насадки опускались в исследуемую область модели через разрез в мелкоячейной части. Затем производился пересчет скоростей V возникающих в обращенном движении жидкости, на эквивалентное в силовом отношении равномерное и прямолинейное движение модели в неподвижной жидкости.

По полученным экспериментальным данным о скорости потока в заданных точках построены эпюры скоростей в моделях траловых мешков при обращенном и нормальном движении (рис. 2).

Рис. 2. Эпюра скоростей потока при обтекании модели тралового мешка № 1: А — обращенное движение; В — движение в неподвижной воде Fig. 2. S peeds of a stream at a flow of model cod-end № 1: А — the inverted movement; В — movement in motionless water

Результаты и их обсуждение

Для указанных групп сетных моделей траловых мешков № 1-6 устанавливалась зависимость отношения У/ У^ от угла атаки а меридиана сетной оболочки выбранного поперечного сечения, где У — измеренная скорость потока около сетной поверхности модели.

Подбор эмпирических формул осуществлялся методом наименьших квадратов. Были рассмотрены параболическая и экспоненциальная функции. Установлено, что более точная аппроксимация экспериментальных данных (погрешность не превышает 11 %) обеспечивается экспоненциальной зависимостью вида:

Гх / У_ = Ь • вк кХ, (3)

где Ь, h — подобранные методом наименьших квадратов значения коэффициентов уравнения; = ах/а0 — отношение значений углов атаки меридиана сетной части, ах — угол атаки меридиана сетной оболочки в измеряемой области, а0 — конструктивный угол атаки сетной оболочки мешка.

В формуле (3) принято:

к = а / а0 при условии а0 > а ; (4)

k = а / а0 при условии а0 < а ;

длина в посадке участка сетной конструкции между сечениями.

Полученные значения коэффициентов в формуле (3), описывающей изменения поля скоростей около сетных конструкций, для всех шести моделей составляют: b = 0,52; h = 0,55.

На рис. 3 показаны экспериментальные данные для шести моделей мешков об изменении безразмерной скорости потока внутри мешка в зависимости от безразмерного угла атаки меридиана сетной оболочки мешка. Кривая на рис. 3 отображает аппроксимирующую экспериментальные данные формулу (3).