Анализ влияния характера возмущения

Список возмущений стационарного режима:

Эксперимент 1-01

Целью эксперимента является выяснение влияния закрытия задвижки на процессы в простой гидравлической сети.

Описание сети и ее параметров. Схема сети представлена на рисунке ниже.

Схема сети для экспериментов 1, 2 и 5–7

Рисунок 423. Схема сети для экспериментов 1, 2 и 5–7


Сеть состоит из трех одинаковых участков трубопровода с параметрами:

Источником воды является резервуар, высота воды в резервуаре 80 м. Этот выбор позволяет на первом этапе исключить явление кавитации.

В сети имеется потребитель с отбором 5 л/сек.

При таком расходе в трубах вода течет со скоростью около 0.64 м/с, а потери составляю около 0.91 м на каждом участке.

В сети имеется колодец, который не влияет на процессы в сети.

Источником возмущения стационарного процесса служит закрытие задвижки. Время закрытия задвижки равно 1 сек. Степень открытия задвижки меняется со временем по линейному закону, а зависимость коэффициента гидравлического сопротивления от степени открытия берется из справочника:

Справочник по запорной арматуре с данными для выбранной задвижки

Рисунок 424. Справочник по запорной арматуре с данными для выбранной задвижки


На рисунке Рисунок 425, «Графики экстремальных значений давления вдоль маршрута и изменений давления во времени для выбранных точек наблюдения» отображены результаты расчета переходных процессов в описанной сети.

Графики экстремальных значений давления вдоль маршрута и изменений давления во времени для выбранных точек наблюдения

Рисунок 425. Графики экстремальных значений давления вдоль маршрута и изменений давления во времени для выбранных точек наблюдения


На верхнем графике изображены, помимо уровня земли, наибольшее и наименьшее значения напора за время эксперимента. Как видно из графика, наибольшее давление до задвижки достигает 180 м (давление это разность между полным напором и геодезической отметкой). После задвижки возникает зона пониженного давления, причем давление опускается ниже атмосферного (на геодезической отметке давление равно атмосферному), что может привести к подсосу неочищенных грунтовых вод в систему водоснабжения. Если же поблизости проходит система канализации, то последствия могут быть катастрофическими.

Основное на что здесь следует обратить внимание – это скорость распространения волн сжатия и разряжения. В рассматриваемом случае скорость волны сжатия мало отличается от скорости волны разряжения (это следствие высокого напора воды в резервуаре).

Вычислим скорости звука для сетей с трубами, имеющими разные толщины стенок. В случае толстых стенок мы видим на графике 8,5 «полуволн». Длина каждой полуволны соответствует времени пробега волны сжатия (или разряжения) от задвижки до резервуара и обратно. Таким образом, полный пробег равняется 2*8,5*300 = 5100 м. Время эксперимента 5 секунд, но как видно из графиков сопротивление задвижки становится достаточно большим, чтобы влиять на процессы в трубопроводе только вблизи окончания времени закрытия. Можно считать, что волны бегали 4 секунды. Вычисляем скорость 5100/4=1275 м/сек. Для сети с тонкостенными трубами мы наблюдаем 5 полуволн, а значит скорость звука в этом случае равна 2*5*300/4=750 м/сек.

Несколько снижается и повышение давления, что также естественно с точки зрения физики.

Повышение давления в первом случае составляет 80 метров, что хорошо согласуется с предсказанием по формуле Жуковского , где – скорость звука, – скорость течения воды, – ускорение свободного падения. Если взять стенки толще, то совпадение будет точнее.

Эксперимент 2-01

Целью эксперимента является выяснение влияния открытия задвижки на процессы в простой гидравлической сети.

Описание сети и ее параметров. Схема сети представлена на рисунке Рисунок 423, «Схема сети для экспериментов 1, 2 и 5–7».

Сеть состоит из трех одинаковых участков трубопровода с параметрами:

Источником воды является резервуар, высота воды в резервуаре 100 м.

В сети имеется потребитель с нефиксированным отбором 5 л/сек.

При таком расходе в трубах вода течет со скоростью около 0.64 м/с, а потери составляю около 0.91 м на каждом участке.

В сети имеется колодец, который не влияет на процессы в сети.

Источником возмущения стационарного процесса служит открытие задвижки.

Время открытия задвижки равно 1 сек. Степень открытия задвижки меняется со временем по линейному закону, а зависимость коэффициента гидравлического сопротивления от степени открытия берется из справочника.

Графики экстремальных значений давления вдоль маршрута и изменений давления во времени для выбранных точек наблюдения

Рисунок 426. Графики экстремальных значений давления вдоль маршрута и изменений давления во времени для выбранных точек наблюдения


Эксперимент 3-01

Целью эксперимента является выяснение влияния отключения насоса на процессы в гидравлической сети.

Описание сети и ее параметров. Схема сети представлена на рисунке ниже:

Схема сети для эксперимента 3

Рисунок 427. Схема сети для эксперимента 3


Сеть состоит из двух участков трубопровода с параметрами:

Источником воды является резервуар, высота воды в резервуаре 40 м.

В сети имеется потребитель с отбором 10 л/сек.

При таком расходе в трубах вода течет со скоростью около 1.27 м/с, а потери составляют соответственно 2.42 м и 4.84 м.

В сети имеется насос, характеристики которого берутся из справочника

(смотри рисунок Рис. 9.13).

Источником возмущения стационарного процесса служит отключение насоса. Время остановки насоса выясняется в процессе расчетов и зависит в первую очередь от момента инерции агрегата ротор электродвигателя – насос.

Момент инерции агрегата ротор электродвигателя – насос равен 0.01 кг м2.

Справочник по насосам с данными для выбранного насоса

Рисунок 428. Справочник по насосам с данными для выбранного насоса


Как видно из рисунка ниже отключение насоса не приводит к возникновению интенсивных переходных процессов.

Графики экстремальных значений давления вдоль маршрута и изменений давления во времени для выбранных точек наблюдения

Рисунок 429. Графики экстремальных значений давления вдоль маршрута и изменений давления во времени для выбранных точек наблюдения


Эксперимент 4-01

Целью эксперимента является выяснение влияния включения насоса на процессы в простой гидравлической сети.

Описание сети и ее параметров. Схема сети представлена на рисунке Рисунок 427, «Схема сети для эксперимента 3».

Сеть состоит из двух участков трубопровода с параметрами:

Источником воды является резервуар, высота воды в резервуаре 40 м.

В сети имеется потребитель с отбором 10 л/сек.

При таком расходе в трубах вода течет со скоростью около 1.27 м/с, а потери составляют соответственно 2.42 м и 4.84 м.

В сети имеется насос, характеристики которого берутся из справочника (смотри рисунок 3-00b).

На рисунке ниже отображены результаты расчета переходных процессов в описанной сети.

Момент инерции агрегата ротор электродвигателя – насос равен 0.0025 кг м2.

Численный эксперимент показал, что наиболее интенсивные переходные процессы возникли при открытии и особенно закрытии задвижки.

Графики экстремальных значений давления вдоль маршрута и изменений давления во времени для выбранных точек наблюдения

Рисунок 430. Графики экстремальных значений давления вдоль маршрута и изменений давления во времени для выбранных точек наблюдения