Tính lực cản của các phần lưới trong lưới kéo
Để tính lực cản của các phần lưới trong lưới kéo, có ba phương pháp tính tùy theo quan điểm của người tính toán muốn tính về lực cản này: Các quan điểm đó như sau: Tính lực cản của lưới trên cơ sở bằng tổng sức cản của các bộ phận cộng lại. ...
Để tính lực cản của các phần lưới trong lưới kéo, có ba phương pháp tính tùy theo quan điểm của người tính toán muốn tính về lực cản này: Các quan điểm đó như sau:
- Tính lực cản của lưới trên cơ sở bằng tổng sức cản của các bộ phận cộng lại.
- Tính lực cản toàn bộ của lưới kéo.
- Tính lực cản trong mối quan hệ giữa lực kéo của tàu và lực cản của lưới.
Tùy theo nhận định và thực tế mà người thiết kế có thể áp dụng các tính toán cho lực cản của lưới kéo phù hợp nhất.
Khi này ta tính lực cản của ba bộ phận chủ yếu của lưới kéo là: cánh lưới; thân lưới (gồm cả lưới chắn); và đụt lưới.
Lực cản của thân lưới:
Để tính lực cản của thân lưới kéo, ta áp dụng công thức thực nghiệm sau:
Rβ=b1,8+2.(da−0,01).β.F.V2 size 12{R rSub { size 8{β} } =b left [1,8+2 "." ( { {d} over {a} } - 0,"01" ) "." β right ] "." F "." V rSup { size 8{2} } } {} (6.70a)
ở đây: b - là hệ số kể đến ảnh hưởng của vật liệu làm lưới (lưới 1 lớp hay nhiều lớp, lưới làm bằng chỉ đơn hay chỉ đôi). Nếu lưới do 2 tấm ghép lại thì b = 1,8; Nếu lưới đan bằng chỉ đôi thì b = 1,6.
β được xác định theo biểu thức sau (H.1):
Xác định góc tống β
Trong đó:
- L1 và L2, tương ứng, là nữa chu vi của mép trên và mép dưới của phần thân đã được rút gọn. Điều kiện để tính toán là U1/U2 = 0,5/0,87. Nghĩa là, khi đó: L1 = 2a.n1x 0,5; L2 = 2a.n2x 0,5; H = 2a. m x 0,87.
- C là hệ số hiệu chỉnh về thủy động lực; đối với lưới chắn thì C = 0,4 ÷ 0,5; đối với phần thân thì C = 0,8 ÷ 0,9;
Cần lưu ý là công thức (6.70a) chỉ áp dụng cho sợi thực vật. Còn đối với sợi tổng hợp thì ta phải áp dụng công thức thực nghiệm sau (6.70b):
Rβ=b1,25+da−0,01125sinβ.F.V2 size 12{R rSub { size 8{β} } =b left [1,"25"+ left ( { {d} over {a} } - 0,"01" right )"125""sin"β right ] "." F "." V rSup { size 8{2} } } {} (6.70b)
Lực cản của đụt lưới
Đối với đụt lưới ta xem như nó có dạng hình trụ, có góc tống β=0o và được tính theo công thức (6.70a) hoặc (6.70b).
Lực cản của cánh lưới:
Sức cản của cánh lưới cũng được tính theo công thức (6.70a) hoặc (6.70b). Nhưng đối với cánh lưới thì góc tống β (H.2) là:
β = 90o – α.
trong đó: tgα=LS size 12{ ital "tg"α= { {L} over {S} } } {}
Tính lực cản của cánh lưới
Lực cản của lưới kéo tính cho toàn bộ lưới sẽ được xác định bằng công thức thực nghiệm của Pozentein như sau:
R=Cx.ρ.V22.∑i=1i=ndiai.Fφ size 12{R=C rSub { size 8{x} } "." { {ρ "." V rSup { size 8{2} } } over {2} } "." Sum cSub { size 8{i=1} } cSup { size 8{i=n} } { { {d rSub { size 8{i} } } over {a rSub { size 8{i} } } } "." F rSub { size 8{φ} } } } {} (6.71)
Trong đó: ρ - là mật độ của nước; V - là tốc độ dắt lưới; di - là đường kính của chỉ lưới ở bộ phận thứ i; ai - là kích thước mắt lưới ở bộ phận thứ i; FΦ - là diện tích giả của nền lưới; và Cx là hệ số lực cản.
Hệ số lực cản Cx này là một hàm của (Fy/FΦ):
Cx=f(FyFφ) size 12{C rSub { size 8{x} } =f ( { {F rSub { size 8{y} } } over {F rSub { size 8{φ} } } } ) } {} (6.72)
và được xác định theo đồ thị H.3
ở đây: Fy - là diện tích hình chiếu của miệng lưới kéo lên mặt phẳng trực giao với phương di chuyển của lưới kéo; FΦ - là diện tích giả của toàn bộ nền lưới kéo.
Đường cong lực cản CxCông thức (6.72) dùng để tính lực cản cho lưới kéo tầng đáy (vì Cx này dùng cho lưới kéo tầng đáy). Nếu áp dụng cho lưới kéo tầng giữa (loại 4 tấm) thì Cx được tính theo công thức sau:
Khi này lực cản của lưới Rl được xác định theo công thức sau.
Rl = Pe – Rtb – Rv – Rvt(6.73)
Trong đó: Pe - là sức kéo hữu ích của tàu (hay sức đẩy thật sự có được của chân vịt); Rtb - là lực cản của các thiết bị (phao, chì, dây, ...); Rv - là lực cản của ván lưới kéo; và Rvt - là lực cản của vỏ tàu.
Tính lực kéo hữu ích của tàu (Pe)
- Khi tàu mới được sản xuất, ta luôn được cung cấp bảng lý lịch tàu ở đó ta sẽ biết 2 thông số: (1) lực kéo hữu ích của tàu (Pe) và (2) lực cản của vỏ tàu (Rvt).
Từ hai đường cong Pe và Rvt ta sẽ xác định được đường cong lực kéo làm việc (khả năng kéo thật sự), Pp,sau khi đã trừ cho phần lực cản của vỏ tàu Rvt (H.4).
- Đường cong lực kéo làm việc P
p
của tàu
Trên cơ sở đường cong Pp này sẽ cho phép ta tính toán thiết kế hệ thống lưới với lực cản của hệ thống lưới (Rhtl) bằng với lực kéo làm việc Pp. Nghĩa là, khi đó:
P p = R htl
Pp là đường cong biểu thị sức kéo của tàu. Từ đường cong này ta có thể xác định lực cản của hệ thống lưới ứng với từng tốc độ làm việc (Vlv) khác nhau.
- Khi tính lực kéo hữu ích (Pe) có kể đến lực hút của dòng nước, thì lực kéo Pe được xác định theo công thức sau:
Pe = Pz . (1-t) (6.74)
Trong đó: t là hệ số lực hút. Đối với tàu cá, t = 0,15 ÷ 0,16.
Đường cong này ta cũng có thể tự vẽ lại được nếu như ta mất các tài liệu thông tin về tàu hoặc sau thời gian tàu, lưới làm việc trong thực tế sản xuất ta cần phải tính toán lại các thông số cần thiết cho nó. Ta có thể làm bằng cách tính như sau:
Tính lực đẩy của chân vịt (P)
Lực đẩy của chân vịt (P) là một hàm phụ thuộc cơ bản vào đường kính (D) của chân vịt và số vòng quay (n) của chân vịt. Và được xác định bằng công thức sau:
P = K1. ρ. n2. D4 (6.75)
Trong đó: K1 - là hệ số lực đẩy, được xác định theo sơ đồ Papmel nhóm I; ρ - là mật độ nước (kg.s2/m4); n - là số vòng quay của chân vịt trong 1 giây; D - là đường kính của chân vịt (m).
Công thức (6.74) là không kể đến số cánh của chân vịt. Nếu có số cánh cụ thể thì lực đẩy của chân vịt được xác định bằng biểu thức sau:
Pz=P.0,55+ZAAd.Z size 12{P rSub { size 8{z} } =P "." sqrt { { {0,"55"+Z} over { { {A} over {A rSub { size 8{d} } } } "." Z} } } } {} (6.76)
Trong đó: A/Ad - là tỉ số đĩa, (ở đây: Ad - là diện tích hình tròn ngoại tiếp của chân vịt; A - là diện tích mặt duỗi của cánh); Z - là số cánh của chân vịt.
Tính hệ số lực đẩy (K1)
Để tính được K1 ta cần phải biết: Bước tương đối của chân vịt(λp) và Tỉ số bước của lực đẩy bằng 0(H1/D).
Bước tương đối của chân vịt (λp).
có thể được xác định dựa trên biểu đồ Papmel nhóm I (H.5), hoặc được tính theo công thức sau:
λp=Vpn.D size 12{λ rSub { size 8{p} } = { {V rSub { size 8{p} } } over {n "." D} } } {} (6.77)
ở đây: Vp là tốc độ nước ở đĩa chân vịt, có tính đến vòng cùng chiều (m/s); n là số vòng quay của chân vịt trong 1 giây; D là đường kính của chân vịt.
Biểu đồ Papmel nhóm I
Vp được được tính theo công thức sau: Vp = V (1-ω) (6.78)
ở đây: V - là vận tốc dắt lưới của tàu; ω - là hệ số cùng chiều, đối với tàu cá người ta lấy ω ≈ 2.
Từ đây ta thấy, vì λp phụ thuộc vào vận tốc, cho nên sẽ có 3 giá trị λp là: λpứng với tốc độ dắt lưới (λpdl); λpứng với tốc độ bằng 0 (λpV=0)và λpứng với tốc độ cực đại (λpVmax). Nhưng ta chỉ dùng với λpdl và λpVmax.
Tỉ số bước của lực đẩy bằng 0 (H1/D) được tính như sau:
H1D=1,035.HD+0,05 size 12{ { {H rSub { size 8{1} } } over {D} } =1,"035" "." { {H} over {D} } +0,"05"} {} (6.79)
Trong đó: H/D - là tỉ số bước của cấu trúc chân vịt; H1 - là bước của chân vịt khi chân vịt vẫn quay nhưng lực đẩy bằng 0.
Số vòng quay (n) của chân vịt
Số vòng quay n của chân vịt có thể được tính theo công thức sau:
n=nb+VdlVdlmax(nmax−nb) size 12{n=n rSub { size 8{b} } + { {V rSub { size 8{ ital "dl"} } } over {V rSub { size 8{ ital "dl""max"} } } } ( n rSub { size 8{"max"} } - n rSub { size 8{b} } ) } {} (6.80)
Trong đó: nb - là số vòng quay của chân vịt khi buộc tàu; nmax - là số vòng quay của chân vịt khi chạy tự do; Vdl - là tốc độ dắt lưới; và Vdlmax - là tốc độ dắt lưới cực đại khi chay tự do.
Số vòng quay của chân vịt khi buộc tàu (nb)
được xác định theo công thức sau:
nb=nmax.K2K2' size 12{n rSub { size 8{b} } =n rSub { size 8{"max"} } "." sqrt { { {K rSub { size 8{2} } } over { { {K}} sup { ' } rSub { size 8{2} } } } } } {} (6.81)
Trong đó: K2 và K’2, tương ứng, là hệ số momen để cho chế độ vận hành tự do cực đại và cho chế độ đứng yên. K2 và K’2 được xác định theo biểu đồ Papmel nhóm II (H 6).
Biểu đồ Papmel nhóm II
Trong thực tế, lực cản của hệ thống lưới (Rhtl) thường là một hàm của vận tốc làm việc (H 7) thì vấn đề đặt ra là làm sao để kéo lưới với tốc độ như thế nào để tàu dùng hết công suất Pp của nó.
- Đường cong lực kéo làm việc (P
p
) của tàu và đường cong lực cản của lưới (R
htl
)
Khi đó ta dựa vào Rhtl và Pp sẽ tìm ra tốc độ dắt lưới (Vlv) là giao điểm của đường cong Rhtl và Pp. Ở tốc độ này tàu sẽ tận dụng hết công suất của nó.
Khi phân tích để chọn tốc độ dắt lưới tối ưu phù hợp nhất với đường cong kéo lưới Pp của tàu, người ta thường phân tích dựa vào đồ thị (H.8) với hai đường cong lực cản của hệ thống lưới Rhtl1 và Rhtl2.
- Xác định V
lvtư
từ vận tốc V
1
và V
2
Từ giao điểm của hai đường cong lực cản Rhtl1 và Rhtl2 với đường cong lực kéo Pp sẽ có hai tốc độ làm việc V1 và V2 tương ứng. Từ đây ta có nhận xét:
- Giao điểm của Rhtl1 và Pp cho ta công suất kéo của tàu lớn nhưng vận tốc kéo lưới bị chậm lại, cá có thể thoát ra ngoài.
- Giao điểm của Rhtl2 và Pp sẽ cho ta công suất kéo của tàu sẽ nhỏ nhưng vận tốc kéo lưới sẽ nhanh hơn, có thể bắt được nhiều cá hơn.
Do đó, để điều hoà lợi ích giữa công suất kéo của tàu và lực cản của hệ thống lưới, người ta thường cố gắng chọn lưới sao cho có lực cản của hệ thống lưới tối ưu nằm giữa hai vận tốc V1 và V2 là Vlvtư.
Khi này, để tính lực cản lưới như theo công thức (6.73), ta sẽ thay thế giá trị Pe bởi Rhtltư và được xác định bằng công thức sau:
Rl = Rhtltu – Rtb – 2.Rdk – 2.Rv(6.82)
Trong đó:
Rhtltư là lực cản của hệ thống lưới tối ưu ứng với vận tốc làm việc tối ưu mà ta muốn chọn; Rtb là lực cản của các thiết bị (phao, chì, dây, ...); Rv là lực cản của ván lưới kéo; và Rdk là lực cản thẳng đứng của dây cáp kéo.
Trong thiết kế lưới, nếu như ta thấy rằng lưới mà ta định chọn đã đạt được hệ thống lực cản tối ưu này thì ta có thể dùng nó như là lưới mẫu. Nghĩa là, khi đó lực cản của lưới mẫu sẽ là:
Rlm = Rhtlm – Rtbm – 2.Rdkm – 2.Rvtm(6.83)
Ký hiệu: m là tượng trưng cho lưới mẫu mà ta chọn.
Khi đó, lực cản của lưới thiết kế (Rltk) sẽ là:
Rltk = Rlm . CR (6.84)
Một khi lực cản của lưới mẫu đã biết (Rlm) và ta đã phỏng định được lực cản của lưới dự định thiết kế (Rltk), thì ta sẽ xác định được hệ số tỉ lệ về lực cản của lưới thiết kế CR, theo công thức sau:
CR=RltkRlm size 12{C rSub { size 8{R} } = { {R rSub { size 8{ ital "ltk"} } } over {R rSub { size 8{ ital "lm"} } } } } {} (6.85)
