Использование вычислительных машин (компьютеров) для расчета систем подачи и распределения воды

Вся библиотека >>>

Содержание книги >>>

Книги по строительству и ремонту

Водоснабжение

Быт. Хозяйство. Строительство.Техника

§ 26. Использование вычислительных машин (компьютеров) длярасчета систем подачи и распределения воды

Выполнение расчета систем подачи и распределения водытребует проведения, как было показано, весьма большой вычислительной работы.В ряде случаев для нахождения оптимального решенчя задачи необходимонеоднократно повторять громоздкие операции расчета. Проведение подобнойработы обычным «ручным» способом (без применения вычислительных машин)требует огромной затраты труда и времени. Расчет систем водоснабжения втребуемом объеме становится практически осуществимым при использованиивычислительной техники. В настоящее время в отечественной и зарубежнойпрактике вычислительные машины все в большей мере привлекаются для проведенияэтих расчетов.

Используются  вычислительные  устройства   двух   основныхтипов: специализированные  аналоговые  машины   (или  устройства)   иуниверсальные электронные цифровые вычислительные машины — ЭЦВМ (машиныдискретного действия).

Аналоговые машины (или устройства) основаны наиспользовании аналогии исследуемого процесса с другим процессом, для которогопроще осуществить установку, имитирующую исследуемую систему. На этойустановке, представляющей собой своеобразную модель, можно легко имитировать процессы,протекающие в исследуемой (рассчитываемой) системе, и замерять их основныепараметры.

В области решения гидравлических задач наибольшеераспространение получили аналоговые машины, основанные на аналогии движенияводы и электрического тока.

Подобные аналоговые устройства представляют собой электромодель,и самый метод расчета получил название «электромоделирования».

Принцип электрогидродинамической аналогии (ЭГДА) былпредложен акад. Н. Н. Павловским и успешно применен для исследования законови путей фильтрации воды под основаниями гидротехнических сооружений.

Одна из первых попыток использования аналоговогоустройства для анализа и расчета водопроводных сетей осуществленапрофессорами Массачусетского университета Кэмпом и Хезеном в середине 30-х годов.В этой установке регулирование электрических сопротивлений производилосьвручную, на что затрачивалось много времени. Авторы использовали свою электромодельдля внутренней увязки кольцевой сети.

В строгом смысле слова аналоговые устройства не являютсямоделью, как это понимается в теории моделирования.

В СССР исследования по электромоделированию расчетаводопроводных сетей были начаты в 1936 г. в институте ВОДГЕО, где былиразработаны и испробованы несколько вариантов принципа действия и конструкцийаналоговой установки. После войны, в конце 40-х годов, эти работы привели ксозданию аналоговой машины с использованием автоматических сопротивлений.

В настоящее время специализированные аналоговые устройстваразличных типов широко используются для проведения всех необходимых расчетовпри проектировании систем подачи и распределения воды.

Для воспроизведения процесса, происходящего в системеводоснабжения, на ее электрической модели необходимо прежде всего, чтобыэлементы модели имели электрические характеристики, аналогичныегидравлическим характеристикам элементов системы. Такими элементами являютсяучастки сети (трубопроводы), водопитатели (насосы и резервуары), а такжефиксированные и нефиксированные отборы воды из сети.

Сила тока / и падение потенциала AU в электрической моделианалогичны соответственно расходу воды Q и потерям напора h.

Одним из ос ювных затруднений при электромоделированиигидравлических систем является то, что падение потенциала и сила тока вэлектрических проводниках связано линейной зависимостью, тогда как потеринапора в линиях водопроводной сети связаны с расходом нелинейно.

При режимах движения, практически используемых вводопроводных сетях, показатель р имеет величину, изменяющуюся в пределах от1,85 до 2.

Электрические сопротивления, автоматически изменяющиеся вопределенной зависимости от силы проходящего через них тока, могут бытьсконструированы различным образом. В машине ВНИИ ВОДГЕО использованынелинейные электромеханические автоматы. В американской машине (Мак-Илроя)применяются специальные лампы накаливания, обеспечивающие требуемуюзависимость AU от /. В аналоговом устройстве Академии коммунального хозяйстваи в английской машине «Ванда» для тех же целей используется метод «линейно-кусочнойаппроксимации», при котором кривая, выражающая зависимость AU от /,заменяется ломаной линией; на отдельных ее участках (для элементов системы) AU=sIпри различных значениях s.

Фиксированные отборы воды из водопроводной сетиотображаются на электрической модели отборами тока постоянной силы, независящими от изменения напряжения в сети. Такая стабилизация отборов токамодели осуществляется ламповыми или полупроводниковыми стабилизаторами тока,устанавливаемыми в соответствующих узлах (точках) модели.

Аналоговое устройство должно содержать такой набораналогов водопроводных линий, который позволяет составлять схему сети длявсех практически используемых стандартных диаметров и настраиваться на любуюзаданную длину.

Электрическая схема, набираемая из аналогов отдельныхлиний, лолжна быть геометрически подобна изображаемой водопроводной сети.

Простейшей задачей, решаемой на электромодели, являетсянахождение распределения расходов воды по сети с заданными сопротивлениямиучастков, заданными отборами в узлах и водопитателем с постоянным напором.Таким водопитателем в системе водоснабжения является напорный резервуар спостоянным уровнем. Его аналогом в электрической модели может служитьисточник постоянного тока с неизменным напряжением. Схема такой водопроводнойсети приведена на III.22, а схема ее электрической модели — на III.23 (здесьR2-h — аналоги сопротивлений участков и гг — стабилизаторы отбора тока вузлах).

Очевидно, что для обеих представленных схем соблюдаетсяполная аналогия в описании законов увязки сети, т.е. первого и второгозаконов Кирхгофа. Для электрической модели мы имеем 2Дf/=0 для каждогокольца сети и 2f+/ = 0 для каждого узла сети, где i — сила тока вотдельных участках сети, примыкающих к узлу, и / — сила тока, отбираемого вузле.

После подключения к сети источника питания значения силытока и падения потенциала на отдельных участках и моделируемые ими значениярасходов и потерь напора могут быть получены непосредственно по показаниямэлектрических измерительных приборов (миллиамперметров и вольтметров).

На аналоговых машинах могут решаться и значительно болеесложные задачи по расчету систем подачи и распределения воды с учетомсовместной работы сетей, водопитателей (любого типа) и нефиксированныхотборов.

Электронные цифровые вычислительные машины получили весьмаширокое применение; они являются универсальными вычислительными машинами,которые могут выполнять громадное количество элементарных операций в единицувремени и решать таким образом различные задачи.

Основными характеристиками различных ЭЦВМ являются их«быстродействие», т. е. количество операций, которые они могут выполнять Бединицу времени, и объем их памяти (запоминающего устройства),т. е. объем(количество) численных данных информации, которые каждая машина может принятьодновременно. Современные машины могут выполнять десятки и сотни тысячопераций в секунду.

ЭЦВМ уже широко применяют для проведения расчетов системподачи и распределения воды. На них можно решать все те же задачи, что и нааналоговых машинах.

Для возможности использования   ЭЦВМ   необходимосоставление программ для каждого типа задач. Программа представляет собойперечень операций и команд, определяющих последовательность проведения этихопераций машиной. Программа в специально закодированном виде должна бытьвведена в память машины. Кроме того, машине должна быть передана  (такжеспециально закодированная)   вся требуемая информация о рассчитываемойсистеме. Одна и та же программа может быть использована для решенияоднотипных задач при различных численных исходных данных и разныххарактеристиках отдельных элементов системы.

В настоящее время разработаны и используются программы дляпроведения всех основных видов расчета систем подачи и распределения воды,как поверочных, так и технико-экономических.

Использование различных счетно-решающих устройств для. расчетаводопроводных систем является исключительно перспективным.

Быстро выполняя громадную работу по проведению чистовычислительных операций, машина экономит время проектировщика и позволяет емусосредоточить свои силы и внимание на творческих задачах проектирования,выборе наиболее современных технических и наиболее экономичных решений.