1. Введение

История изучения гидродинамических процессов, включающих в частности гидравлический удар, насчитывает уже более ста лет и начинается со ставшей в настоящее время уже классической работы Н.Е. Жуковского.

В прошедшие годы явление гидравлического удара неизменно привлекало внимание ученых и инженеров во многих странах в связи с научным и практическим аспектами. К началу шестидесятых годов прошлого столетия основные физические и гидродинамические процессы, протекающие в элементах трубопроводных систем при гидравлическом ударе, были в основном изучены.

В данной курсовой работе рассматривается задача о моделировании и расчёте гидравлического удара в пространственном трубопроводе. Необходимой частью расчетов на прочность и надежность трубопроводных систем является расчет динамических нагрузок при гидравлическом ударе. На практике расчет гидравлического удара проводится путем решения независимой гидродинамической задачи. В таких расчетах, как правило, используется математическая модель одномерного неустановившегося адиабатического течения однофазной сжимаемой среды в неподвижном трубопроводе.

2. Понятие гидравлического удара

Процесс регулирования мощности гидравлической турбины, открытие и закрытие затвора всегда сопровождается изменением скоростного режима в трубопроводе. Особенностью этого режима является то, что при нём скорости и давления в жидкости делаются функциями не только координат, т.е. рассматриваемой точки потока, но и времени. Такой неустановившийся режим в закрытых водоводах, целиком заполненных жидкостью, носит название гидравлического удара (далее – ГУ).

При быстром закрытии или открытии трубопровода возникает резкое, неодновременное по длине трубопровода изменение скорости и давления жидкости.               Если в таком водоводе измерять скорость жидкости и давление, то обнаружится, что скорость меняется как по величине, так и по направлению. Неустановившийся скоростной режим в закрытых и целиком заполненных трубопроводах всегда вызывает значительные по величине колебания давления. Такой процесс очень быстротечен и обусловлен упругими деформациями стенок трубы и самой жидкости.

Переход от одного установившегося режима в жидкости к другому сопровождается колебаниями скорости и давления, называемыми эффектом ГУ.

Сущность гидравлического удара заключается в следующем: предположим, что имеется прямолинейный трубопровод длиной L, присоединенный к напорному бассейну больших размеров (резервуару) и на конце снабженный задвижкой. При быстром закрытии задвижки вся масса жидкости (давление в жидкости равно Р_о), движущаяся в трубе со скоростью V_o, должна внезапно остановится. В результате резкого изменения скорости кинетическая энергия этой массы преобразуется в энергию давления, которая у задвижки может иметь весьма значительную величину  Р.