Основы гидравлического расчета трубопроводных систем на ЭВМ: Методические указания к практическим занятиям по курсам “Проектирование, монтаж и испытание судовых систем” и “Производство и распределение энергоносителей промышленных предприятий”

Министерство общего и профессионального образования

 Российской Федерации

Комсомольский-на-Амуре государственный

технический университет

 Кафедра "Судовые энергетические установки"

ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДНЫХ

СИСТЕМ НА ЭВМ

Методические указания к практическим занятиям

по курсам “Проектирование, монтаж и испытание судовых систем” и “Производство и распределение энергоносителей промышленных предприятий”

Комсомольск-на-Амуре 2002

УДК 681.121.4

Основы гидравлического расчета трубопроводных систем на ЭВМ: Методические указания к практическим занятиям по курсам “Проектирование, монтаж и испытание судовых систем” и “Производство и распределение энергоносителей промышленных предприятий”/Сост.: С.А.Скоморовский.- Комсомольск-на-Амуре: Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун-т, 2002.-  28  с.

Рассмотрено использование теории графов для составления с помощью топологических матриц систем уравнений гидравлической цепи. Это дает возможность распространять формальным образом полученные уравнения на гидравлические цепи любой сложной структуры, систематизирует и упрощает процесс составления уравнений на ЭВМ.

Предназначены  для студентов теплоэнергетических специальностей всех форм обучения.

Печатается по постановлению редакционно-издательского совета Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.

Согласовано с отделом стандартизации.

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Гидравлика трубопроводных систем» сформировался еще до массового распространения ЭВМ в инженерной деятельности и процессе обучения студентов. Новые вычислительные, логические возможности ЭВМ оказали в последние годы существенное влияние на развитие гидравлики трубопроводов, что не нашло в достаточной мере отражения в учебно-методической литературе.

Пакеты прикладных программ гидравлических расчетов являются составной частью систем автоматизированного проектирования (САПР) трубопроводных систем. Эти программы должны быть в достаточной степени универсальными и обеспечивать расчеты гидравлических цепей произвольной структуры.

В последние годы на стыке смежных дисциплин (теории электрических цепей, линейной алгебры, теории графов, гидравлики) сформировалась новая дисциплина - теория гидравлических цепей. Предметом теорий гидравлических цепей являются общие вопросы математического и алгоритмического обеспечения функционирования и оптимального проектирования трубопроводных гидравлических систем с произвольными схемами. В термине гидравлические цепи подчеркивается органическая связь с теорией электрических цепей, которая исторически сформировалась значительно раньше, чем теория гидравлические цепей. Это обусловлено тем, что связь между током и напряжением в электрических цепях линейная, а в гидравлических цепях связь между падением давления и расходе нелинейная. То есть с математической точки зрения решение гидравлических задач значительно сложнее.

Использование теории графов, одного из разделов дискретной математики позволяет описывать с помощью топологических матриц свойстве гидравлических цепей, связанные с геометрической структурой (топологией) схемы. Это дает возможность распространять формальным образом полученные уравнения на цепи любой сложной структуры, систематизирует и упрощает процесс составления уравнений в том числе и с помощью ЭВМ.

1. Задачи гидравлического расчета

Цели гидравлических расчетов на различных стадиях проектирования могут быть разными, но можно выделить три наиболее общих типа постановки задач гидравлического расчета систем :

1)  заданы расход, структура сети и ее основные элементы, требуется определить напор и дополнительные сопротивления, обеспечивающих заданное потокораспределение (прямая задача);

2)  заданы напор, структура сети и ее основные элементы, требуется определить расходы по всем участкам сети и напоры в промежуточных узлах (обратная задача);

3)  заданы расход и напор, требуется определить конструктивные параметры основных элементов сети, обеспечивающие как удовлетворение требований и ограничений, так и оптимизацию проектных решений по тем или иным параметрам, включая структуру сети.

Задачи первого типа гидравлического расчета имеют по существу проверочный характер, так как структура сети ее основные элементы предполагаются известными. Этот тип задач наиболее прост и не требует использования сложных вычислительных методов.

Второй тип задач в расчетном отношении значительно сложнее, так как по условиям задания неизвестны расходы на участках сети и, следовательно, режимы течения, числа Рейнольдса, коэффициенты гидравлических сопротивлений. Это обуславливает необходимость использования итерационных методов. Задачи второго типа встречаются при определении потокораспределения при расчетах  парциальных режимов с полным или частичным отключением ряда потребителей и изменении режима работы сети.

Наиболее сложным и многообразным является третий тип задач, так как приводит к необходимости использования сложных математических методов и вычислительной техники с достаточной памятью.

2. Вычислительные методы гидравлического расчета