Istoria studiului proceselor hidrodinamice, inclusiv, în special, șocul hidraulic, a fost numărate de mai bine de o sută de ani și începe cu lucrările deja clasice ale N.E. Zhukovsky.
În ultimii ani, fenomenul șocului hidraulic a atras atenția oamenilor de știință și inginerilor în multe țări în legătură cu aspectele științifice și practice. La începutul anilor șaizeci ai secolului trecut, au fost studiate în principal procesele fizice și hidrodinamice de bază care au avut loc în elementele sistemelor de conducte sub un șoc hidraulic.
În lucrarea de față se analizează problema simulării și calculului unui șoc hidraulic într-o conductă spațială. Partea necesară a calculelor pentru rezistența și fiabilitatea sistemelor de conducte este calculul încărcărilor dinamice în timpul unui impact hidraulic. În practică, șocul hidraulic se calculează prin rezolvarea unei probleme hidrodinamice independente. În astfel de calcule, de regulă, se utilizează un model matematic al fluxului adiabatic unidimensional instabil al unui mediu comprimabil monofazat într-o conductă staționară.
Conceptul de șoc hidraulic
Procesul de reglare a puterii turbinei hidraulice, deschiderea și închiderea obturatorului este întotdeauna însoțit de o schimbare a regimului de viteză în conductă. Particularitatea acestui regim este că, prin aceasta, vitezele și presiunile în lichid se fac nu numai prin funcții de coordonate, considerat punctul fluxului, dar și timpul. Un astfel de regim instabil în conductele de apă închise, complet umplute cu lichid, se numește șoc hidraulic (în continuare - GU).
Atunci când conducta este rapid închisă sau deschisă, o schimbare bruscă a vitezei și a presiunii lichidului are loc în același timp de-a lungul lungimii conductei. Dacă măsurați viteza și presiunea fluidului în această conductă, veți observa că viteza variază atât în mărime cât și în direcție. Modul de viteză neuniformă în conductele închise și complet umple întotdeauna fluctuații semnificative de presiune. Un astfel de proces este foarte rapid și este cauzat de deformări elastice ale pereților conductei și ale lichidului însuși.
Trecerea de la un regim la starea de echilibru într-un lichid către celălalt este însoțită de variații ale vitezei și presiunii, numită efect PG.
Esența șocului hidraulic este următoarea: să presupunem că există o conductă dreaptă cu lungimea L conectată la un bazin mare de presiune (rezervor) și la capăt echipată cu o supapă de închidere. Când supapa este închisă rapid, întreaga masă a lichidului (presiunea din lichid este Po) se deplasează în tub cu viteza Vo. ar trebui să se oprească brusc. Ca urmare a unei schimbări puternice a vitezei, energia cinetică a acestei mase se transformă într-o energie de presiune, care într-o poartă poate avea o valoare foarte mare a lui P.
Deoarece lichidul și materialul țevii au o anumită elasticitate, o creștere a presiunii va avea ca rezultat comprimarea lichidului, creșterea densității acestuia și expansiunea pereților. Această creștere a presiunii este atât de mare încât poate provoca o ruptură a conductei.
Această stare nu poate fi localizată și este transferată pe straturile de lichid situate în amonte și se extinde, de asemenea, cu o anumită viteză în direcția opusă direcției vitezei fluidului.
Regiunea de tranziție din secțiunea A-A se numește undă de șoc. Viteza secțiunii A-A (frontul valului) se numește viteza de propagare a undei de șoc și este indicată prin litera a. Un astfel de proces are loc în perioada 0 <<. называемым фазой ГУ.
Atunci când obturatorul este deschis în amonte, se propagă un val de scădere a presiunii. Dacă poarta nu este situată la capătul conductei, dar la început, atunci valul de presiune se va propaga în aval.
Dacă PG este un val de creștere a presiunii, atunci se numește pozitiv, scădere - negativă. Un val de schimbare a presiunii care se propagă în amonte se numește o linie dreaptă, în jos este una inversă.
PG poate apărea și ca urmare a unei modificări a presiunii în lichid. De exemplu, o creștere accentuată a presiunii la conectarea oricărui volum de lichid la o sursă de presiune cauzează în acest volum PG. Creșterea presiunii la PG în orice conductă cauzează, în toate ramurile sale, inclusiv cele de tip mort, propriul efect PG excelent.
Efectul PG are o mare importanță practică pentru instalațiile cu turbine hidraulice. Creșterea presiunii mărește stresul în materialul conductelor, al închiderilor și al turbinelor și, prin urmare, influențează alegerea dimensiunilor lor, satisfăcând condițiile de rezistență. Creșterea presiunii neefectuate în calcul poate provoca un accident al întregii instalații hidroturbine. Prin urmare, cele mai importante procese și acțiuni care afectează funcționarea și calculul instalațiilor hidraulice se bazează pe analiza proceselor și calculul șocului hidraulic.