Программа SiP.exe

Расчёт скорости и длины заполнения круглой трубы с учётом гидродинамического трения и расчёт возможной силы гидроудара

Как известно, расчёт скорости и других параметров заполнения трубы потоком жидкости с учётом гидродинамического трения возможен лишь численными методами. Для этого и была написана данная программа.

Она позволяет выполнить расчёт параметров заполнения пустой или частично заполненной трубы в следующих режимах:

• для трубы произвольного сечения при заполнении сверхтекучей жидкостью (без учёта гидродинамического трения);
• для трубы круглого сечения при заполнении реальной жидкостью с учётом гидродинамического трения;
• определить возможную силу гидроудара (скачок давления) в любой момент заполнения реальной жидкостью круглой трубы из реального материала, а также расчёт скорости звука и скорости распространения ударной волны в такой трубе;
• рассчитать заполнение напорной трубы при нагнетении жидкости гидроударом (расчёт гидравлических таранов).

Методы расчёта
   Физическая модель процесса
      Заполнение при постоянном внешнем давлении
      Заполнение под действием гидроудара
   Используемые формулы
      Заполнение при постоянном внешнем давлении
      Заполнение под действием гидроудара
Работа с программой
   Исходные данные
      Выбор шага расчёта
      Единицы измерения
      Встроенный калькулятор
   Расчёт
   Графики
   Отчёт
   Сохранение данных
Расчёт гидравлических таранов
   Ручной режим расчёта
      Расчёт заполнения трубы при нагнетении гидравлическим ударом
      Расчёт нагнетения гидроударом с большими утечками
      Расчёт нагнетения множественными повторными гидроударами
   Автоматизированный расчёт
      Режимы автоматизированного расчёта
      Результаты автоматизированного расчёта нагнетения гидроударом
СКАЧАТЬ ПРОГРАММУ
Предыдущие версии

Методы расчёта

Физическая модель процесса

Заполнение при постоянном внешнем давлении

Предполагается, что изначально пустая цилиндрическая труба заполняется потоком жидкости из резервуара бесконечного объёма, соединённого с её входом. Изменение потенциальной энергии жидкости при её перемещении по трубе не учитывается, т.е. труба предполагается горизонтальной (или находящейся в невесомости). Поток заполняет трубу под воздействием внешнего давления жидкости возле входа в трубу (напора). В общем случае это давление может быть и нулевым, но не может быть отрицательным (всасывающим).

Начиная с версии 1.2.0.0 можно указать угол наклона трубы для учёта воздействия силы тяжести. При этом положительные углы (от 0° до 90°) соответствуют наклону трубы от входа вниз (поток разгоняется силой тяжести), а отрицательные (от 0° до –90°) — наклону вверх (поток тормозится силой тяжести). Горизонтальной трубе соответствует нулевой уклон. Вклад силы тяжести обычно заметен лишь при небольших давлениях. Для изменения ускорения силы тяжести следует выполнить двойной щелчок на строке состояния в нижней части основного окна.

Можно указать начальные условия — исходное заполнение трубы и исходную скорость потока. Исходное заполнение трубы подразумевается сосредоточенным возле её входа и без каких-либо промежутков и пустот сомкнутым с жидкостью перед входом в трубу во внешнем резервуаре. Оно указывается, считая от входа в трубу (0 — изначально вся труба пуста) и не может превышать полную длину трубы, которая, впрочем, может быть задана бесконечной. Исходная скорость потока может быть как положительной («по давлению», т.е. поток уже движется внутрь трубы), так и отрицательной (против действия давления, когда поток движется ко входу в трубу — скажем, в фазе отбоя гидроудара).

В общем случае под «пустой» можно понимать трубу, в которой нет вакуума, но заполняющая её среда не оказывает сколь-либо существенного сопротивления потоку жидкости. Например, это может быть свободно покидающий трубу воздух. В этом случае давление у входа в трубу следует считать относительно давления вытесняемого воздуха.

Предполагается также, что фронт заполняющего (либо покидающего) трубу потока представляет собой вертикальный срез, перпендикулярный оси трубы. Растекание жидкости под действием силы тяжести и деформация при её взаимодействии со стенками трубы не учитываются (в реальности при достаточно высокой скорости заполнения трубы эти факторы редко оказывают сколько-нибудь существенное влияние).

Расчёт ведётся с фиксированным шагом времени. Общая длительность охватываемого расчётом периода определяется как произведение длительности одного шага на общее количество шагов расчёта. Длина изначально пустого участка заполняемой трубы может быть ограничена её полной длиной или считаться бесконечной, если в качестве длины указан 0. Однако расчёт в любом случае идёт до окончания заданного периода — если начало потока уже дошло до конца трубы, то предполагается, что поток свободно изливается оттуда, не оказывая какого-либо влияния на жидкость в трубе — ни тормозящего, ни разгоняющего. Начиная с версии 1.2.1.0, этот момент в отчёте отмечается специальным комментарием.

Заполнение под действием гидроудара

При заполнении под действием гидроудара (расчёт работы гидравлического тарана) предполагается, что и нагнетательная (разгонная), и напорная труба расположены горизонтально и в одной плоскости, либо перепад высот пренебрежимо мал. Это вполне оправдано при использовании в конструкции гидротарана воздушного колпака и использовании горизонтальной нагнетательной трубы. Также предполагается, что противодавление в воздушном колпаке обеспечивает достаточную подачу по напорной трубе, позволяющую за время полного рабочего цикла гидротарана в режиме постоянного течения (без периодических разгонов и торможений потока) поднять на нужную высоту всю жидкость, закачанную в колпак на этапе нагнетения (обычно это давление ненамного превышает гидростатическое давление соответствующего столба жидкости).

Считается также, что напорный клапан гидравлического тарана расположен в непосредственной близости от его отбойного клапана (это логично с точки зрения обеспечения максимально возможной длительности стадии сжатия в районе напорного клапана), поэтому всё остаточное течение в нагнетательной трубе направлено в одну сторону — то есть гидроудар по сути происходит в варианте с торцевой утечкой.

Если воздушный колпак отсутствует, то при расчёте рекомендуется считать напорную трубу полностью заполненной, а исходное противодавление — равным гидростатическому давлению столба жидкости, в свою очередь определяемому расчётной высотой подъёма.

Используемые формулы

Заполнение при постоянном внешнем давлении

Изменения скорости и заполнения трубы рассчитываются пошагово на основе текущего ускорения, которое определяется с учётом или без учёта гидродинамического трения.

Потери на гидродинамическое трение рассчитываются на основе универсальной формулы Вейсбаха-Дарси. При этом для ламинарного течения коэффициент гидравлического трения вычисляется по классической формуле  λ = 64 / Re . В случае турбулентного течения для гидравлически гладких труб применяется формула ВТИ (её областью применения считается диапазон Re = 4000..6300000), а для сильношероховатых и промежуточных труб — универсальная формула Альтшуля. Для переходного режима течения (между ламинарным и турбулентным) в соответствии с графиками Никурадзе используется линейная аппроксимация между крайними значениями для ламинарного (Re = 2300) и турбулентного (Re = 4000) режимов.

Расчёт силы гидравлического удара выполняется с помощью формулы Жуковского. Заодно определяются необходимые для этого расчёта скорости распространения ударной волны в трубе и звука в жидкости.

Если при расчёте задана отрицательная исходная скорость потока (из трубы наружу), то в какой-то момент заполнение может стать отрицательным, т.е. труба будет полностью пустой, а начало потока уйдёт во внешнюю среду. Для такого периода его рассчитанная длительность будет некорректной (больше реальной, причём чем дольше длится этот этап, тем существеннее отличия), однако при возвращении потока в трубу все параметры расчёта снова становятся корректными — но только для тех периодов, когда начало потока находится внутри трубы.

Заполнение под действием гидроудара

В случае заполнения трубы под действием гидроудара нагнетающее давление определяется разностью начальной скорости потока и его остаточной скорости, в свою очередь зависящей от скорости перетекания жидкости из нагнетательной трубы в напорную. Для каждого шага эти параметры рассчитываются методом последовательного приближения по критерию достаточного взаимного совпадения.

Скорости жидкости в нагнетательной и напорной трубе в соответствии с уравнением непрерывности связаны обратно пропорционально соотношению площадей их сечений. Кроме того, при расчёте нагнетающего давления из рассчитанного для текущего соотношения начальной и остаточной скоростей скачка давления вычитается противодавление в напорной трубе (в воздушном колпаке) и потери давления при внезапном сужении русла потока, то есть переходе от широкой нагнетательной трубы к более узкой напорной, вычисляемые по формуле И.Е.Идельчика. Учёт потерь при сужении во время расчёта можно отключить, но тестирование показало, что именно включённый учёт даёт результаты, очень близкие к формулам Чистопольского.

Работа с программой

Все поля и кнопки программы снабжены всплывающими подсказками, появляющимися при наведении на них указателя мыши.

Для получения результата необходимо сначала задать исходные данные для расчёта в левой части окна программы, потом выполнить расчёт и качественно оценить поведение параметров, графически показанное в правой части окна. Затем можно просмотреть количественные результаты, запросив отчёт по результатам расчёта.

Исходные данные

В зависимости от того, насколько полно указаны исходные данные, формируются те или иные результаты расчёта — об этом сообщается в строке состояния внизу основного окна программы. Существует минимальный набор данных, необходимых для любого расчёта, остальные данные являются опционными. Для удобства в программе содержатся предопределённые наборы данных для некоторых жидкостей и материалов труб.

Более полные данные о трубах, изготовленных из различных материалов по разным технологиям и находящихся в разных технических состояниях, в том числе некоторые стандартные типоразмеры труб, можно найти на странице сайта со справочной информацией по гидродинамике.

Выбор шага расчёта

В качестве исходных значений для периода расчёта можно рекомендовать 1000 шагов по 1 мс (всего 1 с), затем при необходимости шаг и период можно скорректировать.

При слишком грубом шаге возможен переход расчёта в автоколебательный режим, не имеющий ничего общего с реальностью. Это связано с тем, что заложенная в используемый метод численных вычислений обратная связь перестаёт работать корректно. Обычно такое происходит при выборе шага более 1 с, однако при диаметре трубы менее 1 см или экстремальных значениях других параметров может возникать и на меньшей длительности шага. Проявляется этот эффект в том, что в начале расчёта ускорение имеет большие абсолютные величины и на каждом шаге расчёта меняет свой знак. На графике он отображается как закраска всеми цветами всего поля либо его части по всей высоте. Иногда, если на очередном шаге «болтанки» значения случайно попадут в приемлемые рамки, процесс может прекратиться и остальные результаты расчёта будут похожи на реальные, однако такие данные всё равно следует считать бракованными.

Убедиться в правильности расчёта можно, уменьшив шаг расчёта в 5–10 и более раз при неизменных прочих параметрах и сравнив результаты для одних и тех же моментов времени (учитывая, что количество шагов расчёта до того же момента времени возрастает пропорционально уменьшению шага) — корректно рассчитанные данные должны быть близки друг к другу и отличаться не более, чем на несколько процентов (обычно — на доли процента).

Единицы измерения

Большинство полей позволяет вводить данные в различных единицах измерения, скажем давление — в стандартных атмосферах, кгс/см² (технических атмосферах), мега-, кило- и просто паскалях. Это удобно, но требует внимательности — при вводе данных убедитесь, что выбраны именно те единицы измерения, которые нужны. При смене единиц измерения введёная величина автоматически пересчитывается (возможны погрешности округления).

Встроенный калькулятор

Числовые поля данных позволяют вызвать встроенный калькулятор и выполнить простейшие вычисления. «Контрольная лента» калькулятора также служит его памятью. Чтобы занести число с индикатора на контрольную ленту, надо выбрать любую операцию или нажать кнопку «=» («равно»). Чтобы перенести число с контрольной ленты на индикатор, достаточно выполнить двойной щелчок мышью в нужном месте контрольной ленты.

Чтобы занести в поле данных число с индикатора калькулятора, необходимо закрыть его кнопкой «Принять». Кнопка «Отмена» закроет калькулятор, сохранив прежнее значение в поле данных, но контрольная лента калькулятора сохранится.

Расчёт

Количество шагов расчёта технически ограничено миллионом, однако рекомедуется использовать от 100 до 1000 шагов — тогда расчёт выполняется практически мгновенно. При числе шагов расчёта свыше нескольких тысяч время расчёта, и особенно время формирования отчёта, заметно возрастают.

Ход расчёта отображается индикатором процентов, и его можно прервать кнопкой отмены или нажатием клавиши Escape на клавиатуре. В этом случае результаты расчёта будут только для тех шагов, которые программа успела обсчитать.

Графики

Графики прорисовываются по окончании расчёта и служат лишь для качественной оценки поведения расчётных параметров.

Цвета на графике:

• заполнение — синий;
• скорость — красный;
• ускорение — серо-жёлтый;
• потери — тёмно-голубой (в момент переключения с одной формулы расчёта потерь на другую на этом графике возможны скачки; «седло» при переходе от турбулентного к ламинарному режиму и «горб» в обратном случае отражают реальную смену режимов);
• число Рейнольдса и сила гидроудара — серый, обычно совпадают с графиком скорости, поскольку линейно зависят от неё; расхождение графиков возникает в случае, если скорость меняет знак.

При достижении началом потока конца трубы характер графиков обычно существенно изменяется. Это закономерное явление, которое наиболее заметно на графиках потерь и ускорения.

Начиная с версии 1.2.1.0, клик (щелчок мышью) на графике вызывает окно легенды графика, где подписаны цвета линий и приводятся значения данных, соответствующие текущему положению указателя мыши по горизонтальной оси графика (слева — самый первый отсчёт, справа — последний). Вертикальная позиция указателя на отображение данных в окне легенды не влияет. Размеры и положение окна легенды запоминаются и при следующих запусках программы оно появляется на том же месте автоматически — до тех пор, пока не будет закрыто вручную.

В режиме расчёта множественного гидроудара данные соответствуют этапу гидроудара, ближайшему к текущему положению по горизонтальной оси (которая в этом режиме соответствует порядковым номерам этапов). В режиме обычного расчёта отображаемые данные соответствуют времени, заданному горизонтальным положением указателя мыши, и получаются в результате линейной интерполяции данных двух отсчётов, ближайших к этому моменту времени (до и после).

Для получения по всем отсчётам точных количественных значений данных следует создать отчёт.

Отчёт

Отчёт создаётся по текущим результатам расчёта. Процесс формирования отображается индикатором процентов и может быть прерван. Тогда в отчёт попадёт только то, что программа успела сформировать до момента прерывания, однако результаты всё равно будут показаны во встроенном текстовом редакторе.

Каждый отчёт формируется в отдельном окне встроенного текстового редактора и может быть записан в текстовый файл или выведен на печать. При выводе на печать используется шрифт, установленный в данный момент в этом окне текстового редактора. Отчёт создаётся в расчёте на моноширинный шрифт, то есть шрифт, в котором все буквы и знаки независимо от начертания имеют одинаковую ширину. Во всех версиях Windows таким шрифтом является Courier или Courier New. Если использовать пропорциональный шрифт, колонки отчёта могут «поехать».

Для формирования нового отчёта необязательно закрывать окно с прежними результатами. Таким образом, можно одновременно иметь перед глазами результаты нескольких расчётов, выполненных с различными параметрами.

Для удобства восприятия результатов в отчёте отображаются лишь несколько первых значащих цифр. Порядок величины указывается автоматически формируемым децимальным префиксом.

Значения от нано- и меньше практически всегда следует рассматривать как ноль, поскольку их появление обычно является следствием свойственной численным методам конечной точности вычислений и преобразования типов представления чисел.

Сохранение данных

При выходе из программы, она автоматически записывает все текущие настройки и данные в файл параметров, а при следующем запуске загружает их. По умолчанию файл параметров имеет имя SiP.ini и размещается в основном каталоге Windows (обычно C:\WINDOWS\, С:\WINNT\ или C:\WINXP\ в зависимости от версии Windows). Если при запуске программы в качестве параметра указать имя этого файла, то она будет работать с именно ним. Таким образом, в разных файлах параметров можно одновременно использовать и хранить несколько наборов данных.

Начиная с версии 1.2.2.0, введена возможность записывать и загружать наборы параметров расчёта без необходимости перезапуска программы — с помощью стандартных пунктов «Открыть», «Сохранить» и «Сохранить как» в меню «Файл», а в файле настроек теперь хранятся лишь данные о размещении окон на экране и последнем использованном имени файла параметров. При этом в качестве наборов данных для расчёта вполне можно использовать прежние файлы настроек, только теперь их надо не указывать как параметр при запуске программы, а явно загружать через меню «Файл / Открыть» после её запуска.

По своей структуре и файлы настроек, и файлы параметров расчёта представляют собой обычные ini-файлы Windows и могут быть изменены в любом текстовом редакторе (например, с помощью стандартного «Блокнота» / Notebook из комплекта поставки Windows). Однако это неудобно и ненадёжно, поскольку могут быть нарушены имена ключей и требования к форме записи данных, в результате чего при загрузке параметров они будут восприняты неправильно. Поэтому настоятельно рекомендуется изменять все настройки только из самой программы.

Расчёт гидравлических таранов

Расчёт гидравлических таранов нельзя свести к простому расчёту при нагнетении под постоянным давлением, соответствующем скачку давления при гидравлическом ударе без утечек (в трубе с глухой заглушкой). Дело в том, что нагнетение гидравлическим ударом представляет собой гидроудар с утечкой, причём довольно часто наиболее оптимальным оказывается режим гидравлического удара с большой утечкой — постепенно затухающий без отбойного движения. При этом остаточная скорость в нагнетательной трубе, снижающая скачок давления, прямо зависит от скорости заполнения напорной трубы, и если эта скорость меняется по каким-либо причинам (скажем, из-за необходимости разгона уже имеющейся там жидкости или из-за возрастания гидравлического сопротивления по мере заполнения напорной трубы), соответственно меняется и остаточная скорость в нагнетательной трубе, и нагнетающее давление.

Следует заметить, что результаты расчёта нагнетения с помощью гидроудара показали хорошую корреляцию с классическими формулами Чистопольского для гидротаранов в области определения этих формул — для одиночных гидроударов без большой утечки и при не слишком больших скоростях потока в нагнетательной трубе. Для экстремальных условий различия существенны — в случае режима большой утечки формулы Чистопольского существенно занижают результат (в силу жёстко ограниченого предполагаемого времени нагнетения), а при больших скоростях — завышают, поскольку пренебрегают потерями напора на больших скоростях движения жидкости в напорном тракте. В таком режиме эти потери могут быть весьма значительны, особенно если длина напорного тракта превышает несколько сантиметров (то есть это не просто отверстие, а более-менее длинная труба).

Ручной режим расчёта

Начиная с версии 1.1.0.2, где был впервые введён расчёт нагнетения под действием гидроудара, программу можно использовать для оценки производительности гидротаранов, однако при этом необходимо довольно много ручного труда, заключающегося главным образом в составлении специальных таблиц и ручном вводе параметров расчёта для каждого этапа.

Начиная с версии 1.2.0.0, возможен автоматизированный расчёт нагнетения гидроударом, использующий те же принципы, что изложены для ручного расчёта. Для ручного режима расчёта в версиях, поддерживающих автоматический расчёт, необходимо указать нулевую длину нагнетательной трубы в окне параметров гидроудара.

Расчёт заполнения трубы при нагнетении гидравлическим ударом

Для того, чтобы включить режим расчёта при нагнетении гидравлическим ударом, необходимо включить опцию в основном окне возле кнопки «Нагнетающий гидроудар», а затем нажать эту кнопку и в появившемся дополнительном окне ввести параметры потока в нагнетательной трубе в момент начала гидроудара, обеспечивающего нагнетение в заполняемую напорную трубу. Эти параметры аналогичны обычным параметрам расчёта заполнения трубы, за исключением поля учёта потерь из-за сужения канала потока утечки, которое в данной версии можно считать резким (вносящим дополнительные потери напора при нагнетении) либо не учитывать (без дополнительных потерь).

Для определения параметров нагнетательного потока в момент начала гидроудара рекомендуется предварительно выполнить расчёт заполнения нагнетательной трубы при постоянном внешнем давлении (напоре). Помимо скорости потока следует обратить внимание на скорость распространения ударной волны в трубе и вычислить длительность стадии сжатия нагнетающего гидроудара, разделив эту скорость на удвоенную длину нагнетательной трубы.

При расчёте заполнения напорной трубы исходный временной шаг расчёта следует выбирать так, чтобы предварительно рассчитанной длительности стадии сжатия нагнетающего гидроудара соответствовало от 100 до 3000 шагов (если предполагается существенная задержка срабатывания напорного клапана, её необходимо вычесть из этой длительности). Следует отметить, что для расчётов заполнения под действием гидроудара довольно часто характерен заметный «дребезг» графика ускорения — вплоть до размаха во весь экран. Однако, если он не сказывается на гладкости графика скорости, им можно пренебречь. В противном случае следует уменьшать шаг расчёта до тех пор, пока график изменения скорости не станет достаточно плавным.

Если в рассчитываемой конструкции напорный клапан открывается непосредственно в воздушный колпак (патрубок между напорным клапаном и воздушным колпаком отсутствует), то длину напорной трубы следует указывать равной, как минимум, толщине стенки нагнетательной трубы. Противодавление в напорном колпаке должно обеспечивать напор, достаточный для подачи всего нагнетённого за один такт объёма жидкости на расчётную высоту подъёма за время полного рабочего цикла гидравлического тарана (включая стадии отбоя или разрежения и последующего возврата и доразгона потока).

В отчёте по результатам заполнения под действием гидроудара появляются несколько новых столбцов, описывающих процесс в нагнетательной трубе. Конечным значением для единичного гидроудара являются данные для времени, равного предварительно вычисленной длительности стадии сжатия этого гидроудара. Следующие за ними данные (если число шагов расчёта было выбрано приблизительно) необходимо отбросить — они соответствуют большей длительности гидроудара.

Расчёт нагнетения гидроударом с большими утечками

В случае режима большой утечки нагнетающий гидравлический удар постепенно затухает без отбойного движения. При этом такой гидроудар как бы растягивается во времени, и время нагнетения может превышать рассчитанную длительность стадии сжатия во много раз. Этот режим очень часто является наиболее эффективным в случае, когда необходимо поднимать жидкость на относительно небольшую высоту. В ручном режиме такой расчёт можно произвести с помощью таблиц, примеры которых приведены при расчёте гидротаранного генератора.

Суть расчёта очень проста. Растянутый (полный) гидроудар разбивается на этапы, длительность каждого из которых равна обычной длительности стадии сжатия, рассчитанной исходя из длины трубы и скорости ударной волны. Выполняется расчёт первого этапа, исходя из предварительно определённой скорости нагнетающего потока. Затем берётся значение остаточной скорости в нагнетательной трубе для момента завершения закачки, и в соответствии с известной формулой определяется скорость отбойного движения (остаточная скорость удваивается и из неё вычитается начальная скорость потока). Если отбойная скорость положительна, то жидкость в нагнетательной трубе продолжает двигаться вперёд. Тогда эта скорость указывается в качестве скорости нагнетательного потока в параметрах нагнетающего гидроудара, и производится расчёт следующего этапа нагнетения. Результаты продвижения в нагнетательной или напорной трубе на каждом этапе суммируются с данными предыдущих этапов — с учётом площади сечения соответствующей трубы это и будет общий объём закачки за один гидроудар с большой утечкой.

Этот процесс повторяется до тех пор, пока в начале очередного этапа давление в нагнетательной трубе не будет меньше противодавления в воздушном колпаке или перемещение жидкости в напорной и нагнетательной трубе не станет отрицательным (обратным). Окончательным результатом станут суммарные данные для предыдущего этапа (последнего нагнетающего).

Расчёт нагнетения множественными повторными гидроударами

Этот вид расчёта технически выполняется абсолютно идентично расчёту гидроудара с большими утечками, лишь скорость в конце закачки следует подставлять в качестве новой начальной скорости по модулю, то есть всегда положительную (в предположении, что на стадии отбоя отсутствуют потери). Реально такой режим нагнетения может возникнуть при использовании нагнетательной камеры с запираемым входом, как это сделано в гидротаранном генераторе.

Автоматизированный расчёт

Автоматизированный расчёт нагнетения гидроударом введён в версии 1.2.0.0. Он использует те же принципы, что и аналогичный расчёт в ручном режиме. Однако в автоматизированном расчёте учитывается несколько факторов, не указанных в методике для ручного расчёта из соображений снижения трудоёмкости, в частности учитывается сокращение длительности нагнетения по мере освобождения нагнетательной камеры, поэтому результаты могут несколько отличаться от полученных при ручном расчёте.

Для определения параметров нагнетательного потока в момент начала гидроудара, как и при ручном расчёте, рекомендуется предварительно выполнить расчёт заполнения нагнетательной трубы при постоянном внешнем давлении (напоре). Однако важной является лишь скорость в момент начала гидроудара. Длительность стадии сжатия нагнетающего гидроудара в автоматическом режиме рассчитает сама программа.

Для выполнения автоматизированного расчёта в дополнительном окне параметров нагнетающего гидроудара следует указать ненулевую длину нагнетательной трубы. В этом случае в основном окне исчезает поле ввода числа шагов расчёта, а вместо него отображается длительность стадии сжатия гидроудара, равная удвоенному времени распространения ударной волны по нагнетательной трубе. Это является признаком того, что расчёт нагнетения гидроударом будет выполнен в автоматизированном режиме.

Скорость ударной волны рассчитывается исходя из сжимаемости жидкости и параметров нагнетательной трубы, которые могут отличаться от параметров напорной трубы. Если для нагнетательной трубы не указаны необходимые параметры (модуль Юнга и толщина стенок), то учитывается только сжимаемость жидкости, то есть скорость ударной волны в нагнетательной трубе приравнивается к скорости звука в жидкости.

Потери энергии и скорости при отбойном движении в случае расчёта множественных повторных гидроударов не учитываются.

Режимы автоматизированного расчёта

Автоматизированный расчёт нагнетения гидроударом может осуществляться в двух режимах: с отсечкой нагнетательной камеры и без отсечки. В обоих случаях длительность одного этапа гидроудара вычисляется автоматически на основе длины нагнетательной трубы и скорости ударной волны в ней, а временной шаг расчёта каждого этапа автоматически выбирается на основе заданного в основном окне программы так, чтобы число шагов расчёта этапа было не менее 100, но не более 10000.

В режиме без отсечки (опция «Для отсечённого объёма» в окне параметров гидроудара отключена) для гидроудара с отбоем рассчитывается только один этап, поскольку далее предполагается отбойное движение всей жидкости в нагнетательной трубе и полное повторение рабочего цикла, а вот в случае больших утечек рассчитываются все этапы, поскольку это является одним растянутым ударом.

В режиме с отсечкой нагнетательной камеры (опция «Для отсечённого объёма» в окне параметров гидроудара включена) предполагается, что при первом отбойном движении закрывается отсечный клапан (аналогично гидротаранному генератору), и в отсечённом пространстве происходит множество повторных гидроударов жидкости, попеременно отражающейся от этого клапана и от заглушки возле напорного клапана. Таким образом, в этом случае расчёт идёт до полного исчерпания кинетической энергии жидкости в нагнетательной камере независимо от режима утечек и наличия отбойного движения.

Результаты автоматизированного расчёта нагнетения гидроударом

При расчёте нагнетения гидроударом выводятся общие результирующие данные по каждому этапу расчёта, позволяющие при необходимости провести детальный расчёт любого этапа по отдельности. К ним относятся:

1. время начала этапа от общего начала рассчитываемого процесса;
2. начальная скорость потока в нагнетательной трубе на данном этапе (перед гидроударом);
3. остаточная скорость потока в нагнетательной трубе во время гидроудара;
4. исходная скорость в напорном трубопроводе;
5. нагнетающее давление у напорного клапана;
6. нагнетающая разность давлений (нагнетающее давление за вычетом противодавления на выходе напорного трубопровода);
7. суммарный объём закачанной жидкости с начала рассчитываемого процесса;
8. длительность нагнетения (в режиме отсечки может сокращаться по мере исчерпания жидкости в нагнетательной камере);
9. длительность паузы на отбойное движение (в случае больших утечек или расчёта без отсечения равна 0, при расчёте с отсечкой увеличивается по мере снижения скорости потока и увеличения пустой части отсечённой нагнетательной камеры).

Скачать программу

Программа упакована в архивный файл (zip, 232 776 байт) с исполняемым модулем версии 1.2.2.1 внутри. Перед скачиванием прочитайте несколько ритуальных слов, общепринятых в подобных случаях.

Данное программное обеспечение предназначено для свободного распространения и может быть загружено с данного сайта и в дальнейшем в течении неограниченного срока использоваться абсолютно бесплатно (то есть без каких-либо единовременных или периодических платежей) с учётом и при соблюдении нижеперечисленных условий.

Это программное обеспечение предоставляется «как есть» и может содержать ошибки в использованных методах и алгоритмах, а также в коде программы, хотя автор предпринял специальные усилия для выявления и устранения возможных ошибок. Каждый пользователь использует его на свой страх и риск. Автор не принимает претензий и не несёт какой-либо ответственности за любые возможные потери и повреждения информации, аппаратуры и программного обеспечения компьютера пользователя, прямо или косвенно связанные с использованием данного программного обеспечения, а также вызванный этим ущерб, включая прямые убытки и упущенную выгоду, но не ограничиваясь ими. Автор также не принимает претензий и не несёт какой-либо ответственности за любые потери или ущерб, возникшие в результате интерпретации и использования результатов работы этого программного обеспечения, включая непосредственную или потенциальную угрозу здоровью и жизни, различного рода прямые убытки и упущенную выгоду, а также любые другие негативные ситуации, которые пользователь может ассоциировать с работой данной программы.

Запрещается распространение данного программного обеспечения на коммерческой (платной) основе без письменного разрешения автора.

Если Вы не согласны с вышеизложенными условиями, или по любой причине не можете либо не хотите использовать это программное обеспечение на свой страх и риск, то не используйте его и не загружайте на свой компьютер!

Внимание! В целях ускорения загрузки и сокращения трафика программа сжата компрессором исполняемых файлов UPX. Сформированный компрессором самораскрывающийся код некоторые антивирусные программы могут воспринять как потенциальный вирус. Кстати: загружаемый архив физически находится на сервере Яндекса, автоматически проверяющем все файлы на наличие компьютерных вирусов.

Предыдущие версии

Все версии программы совместимы как «снизу вверх», так и «сверху вниз» по возможностям использовать сохранённые параметры расчёта (за исключением исполнения режимов расчёта, не поддерживаемых ранними версиями). Номер версии отображается при запуске программы в строке состояния в нижней части её основного окна.

v.1.0.0.1 (ноябрь 2008) — расчёт скорости потока в горизонтальной трубе с учётом потерь под действием постоянного давления, включая оценку скачка давления при мгновенной остановке потока.

v.1.1.0.2 (январь 2009) — добавлена возможность автоматического расчёта нагнетения под действием внешнего гидроудара (без автоматического определения его длительности и без возможности расчёта многоэтапных гидроударов).

v.1.2.0.0 (февраль 2009) — добавлена возможность автоматического определения длительности нагнетающего гидроудара и возможности расчёта многоэтапных гидроударов, а также введена возможность оценки разгона жидкости под действием ускорения гравитационного поля (в наклонной трубе); устранены мелкие недочёты.

v.1.2.1.0 (ноябрь 2009) — добавлено окно легенды графика и выделение в отчётах момента заполнения трубы; устранены замеченные мелкие недочёты.

v.1.2.2.0 (ноябрь 2009) — добавлена возможность загрузки и записи разных наборов параметров расчёта без перезапуска программы. Как-то ранее отсутствие этой возможности меня не напрягало, а добавить её никто не просил!

v.1.2.2.1 (январь 2011) — устранены мелкие недочёты. ♦