Файл: 1. Становление гидравлики как науки и ее значение в решении инженерных задач.docx
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 83
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ТИТУЛЬНИК
Содержание
Введение…………………………………………………………………………...3
1. Становление гидравлики как науки и ее значение в решении инженерных задач………………………………………………………………………………..5
2. Методология оценки надежности водообеспечения систем водоснабжения7
3. Моделирование расчетов водообеспечения в водохозяйственном комплексе………………………………………………………………………….9
Заключение……………………………………………………………………….13
Список используемой литературы……………………………………………...15
Введение
Водопроводно-канализационное хозяйство относится к одной из наиболее значимых отраслей народного хозяйства страны, направлено на решение одной из важнейших социальных проблем – обеспечение потребителей услугами водоснабжения и водоотведения в достаточном количестве и с высоким качеством. Снабжение населения чистой, доброкачественной водой в достаточном количестве имеет важное санитарно-гигиеническое значение, предохраняет людей от всевозможных эпидемических заболеваний, распространяемых через воду.
Системы водоснабжения и водоотведения представляют собой сложные инженерные сооружения, устройства и оборудование, в значительной степени определяющие уровень благоустройства зданий, объектов и населенных пунктов, рентабельность и экономичность промышленных предприятий. Проектирование систем водоснабжения – это ответственный и очень важный пункт в комплексе благоустройства населенного пункта, и поэтому к проектированию следует приступать только после детального рассмотрения всех факторов, влияющих на качественное и бесперебойное обеспечение потребителей водой.
Стоит отметить, что базовой наукой для гидравлических расчетов при решении вопросов водоснабжения, отопления, вентиляции, водоотведения, инженерной мелиорации, фильтрации, гидротехнических сооружений и др., является гидравлика. Гидравлика, рассматривая законы покоя и движения жидкостей и разрабатывая методы применения этих законов в практической деятельности, опирается на такие науки, как математика, физика, теоретическая механика, сопротивление материалов.
Целью данной работы является изучение структуры современной гидравлики и ее применение в водохозяйственных расчетах.
Для достижения данной цели нужно решить следующие задачи:
-
Изучить становление гидравлики как науки и ее значение в решении инженерных задач; -
Рассмотреть методологию оценки надежности водообеспечения систем водоснабжения. -
Провести моделирование расчетов водообеспечения в водохозяйственном комплексе.
1. Становление гидравлики как науки и ее значение в решении инженерных задач
Современного человека окружает большое количество различных жидкостей, использование которых возможно в технической сфере. Жидкие вещества имеют специфические характеристики и свойства, делающие их незаменимыми рабочими телами в различных инженерных процессах. Изучением жидкостей, законов их статики и динамики, а также вопросов применения данных законов при решении практических задач занимается гидравлика. Гидравлика как наука рассматривает механическое движение жидкости в различных естественных и созданных человеком условиях. Жидкость представляет собой непрерывное и неделимое тело, следовательно, и гидравлику часто относят к механике сплошных сред. По своей сути жидкость и есть сплошная среда [1]. Гидравлика служит теоретической основой для значительного количества прикладных дисциплин, в фокусе которых находятся процессы, характерные для функционирования различных гидравлических устройств. Изучение гидравлики в инженерно-технических ВУЗах сегодня вызывает особенный интерес. Это обусловлено тенденциями повсеместной роботизации и тем, что в современных роботизированных системах в качестве исполнительных элементов, когда необходимо обеспечить высокую мощность механизмов при относительно малых габаритах, применяются именно гидравлические приводы [2]. Поскольку такие устройства очень активно используются в самых разных направлениях человеческой деятельности, гидравлику можно считать одной из ключевых дисциплин, развитие которых необходимо для осуществления научно-технического прогресса.
Зарождение гидравлики как прикладной науки относят еще к античным временам. Архимед, живший в 287-212 гг. до н. э., пишет свой трактат "О плавающих телах". Этот труд, увидевший свет за 250 лет до н.э., считается первым научным сочинением по гидравлике. О том, что в Древнем Риме имели довольно глубокие для своего времени познания в данной области, свидетельствует наличие большого количества инженерных сооружений, использующих законы гидравлики: акведуки, водопроводные системы и т. д. О развитости водопроводной системы Рима пишет в своих трудах известный инженер-строитель Фронтин (40-103 гг. н.э.). По его данным, во времена Траяна в городе насчитывалось 9 водопроводов, а их общая протяженность достигала 436 км. Это позволяет сделать вывод, что древние
римляне были осведомлены и о живом сечении, и о непрерывности водного потока, и о сопротивлении течению жидкости по трубе. В своих трудах Фронтин делает предположение о том, что количество жидкости, вошедшей в трубопровод, должно быть равным количеству жидкости, вышедшей из него [3].
Теоретические основы гидравлики начали закладываться еще в античности. Но по-настоящему формироваться они начали только в XVII-XVIII вв. Этот период знаменуется выделением гидравлики в обособленное научное направление. К становлению гидравлики были причастны выдающиеся механики и математики XVIII в., в том числе и члены Российской Академии Наук, в частности, М.В. Ломоносов, Д. Бернулли, Ж.Л. Д'Аламбер, Л. Эйлер и др. Современная гидравлика основывается на общих физических законах, в частности, теоретической механики, а также на законе Ломоносова о сохранении материи и движения.
Свойства жидких тел давно заинтересовали ученых, что и предопределило становление гидравлики как науки. Если изначально ее можно было рассматривать лишь как ремесло, то спустя века гидравлика вошла в число наиболее важных прикладных наук. Свойства жидких тел активно использовались в практической деятельности в течение многих столетий, на протяжении этого времени знания в данной отрасли постоянно углублялись и накапливались.
В процессе изучения гидравлики все явления, характерные для жидкости, находящейся в статическом положении или движении, можно рассматривать с различной степенью углубления. Это могут быть и основательные исследования, где все процессы описываются сложными математическими формулами, учитывающими весь комплекс факторов, которые в той или иной мере влияют на состояние и поведение жидкого тела. Но это может быть и описание доступным языком общего принципа действия гидравлического механизма и используемых в его работе свойств жидкости.
Сегодня ни одно транспортное средство, а также военная или строительная техника не обходятся без использования различных гидравлических устройств. Присутствуют всевозможные гидравлические системы, приводы, усилители, системы с насосной подачей жидкости. Потому для конструкторов, инженеров и представителей других специальностей, занимающихся разработкой, обслуживанием и эксплуатацией различных видов техники, в которой используются гидравлические устройства, являются крайне необходимыми достаточно глубокие познания в области гидравлики [4].
Необходимо отметить особую важность специализированной литературы (журналы, монографии, издания высших учебных заведений, руководства для проектантов), которая посвящена различным вопросам технической гидромеханики. Научные труды большого числа отечественных исследователей демонстрируют, как наука гидравлика заняла в мире одну из ключевых позиций. Все рассмотренные выше факторы стимулируют постоянное развитие гидравлики и укрепляют ее статус как одной из прикладных наук, необходимых для решения инженерных задач.
2. Методология оценки надежности водообеспечения систем водоснабжения
Обеспечение требуемой (заданной) надежности любой технической системы должно предусматриваться в процессе ее проектирования и расчета, в процессе изготовления (использование надежных материалов и оборудования), в процессе сооружения системы (высокое качество строительно-монтажных работ) и, наконец, в процессе эксплуатации – путем хорошей организации аварийно-восстановительной службы, планово-предупредительных работ и высокой квалификации обслуживающего персонала.
Надежность систем определяется не только законами распределения случайных событий, вызывающих нарушение нормального (запланированного) процесса их функционирования, но и сами расчетные параметры этого процесса также нуждаются в определенной вероятностной оценке.
Рисунок 1- Временная диаграмма процесса функционирования системы водоснабжения
Во времени функционирование системы состоит из интервалов исправной работы и сбоев, определяемых нарушением водоснабжения или эксплуатационных требований к системе. Методика управления качеством эксплуатации состоит из следующих этапов:
1. Определяется степень нарушения водоснабжения, экологический риск и энергетические издержки при возникновении отказа в системе по следующим параметрам:
– величина нарушения (отклонение параметров, возмущающее воздействие и т. п.);
– продолжительность отказа;
– частота повторения подобных отказов на заданном промежутке времени.
2. На этом этапе разрабатываются возможные стратегии выполнения эксплуатационных мероприятий, определяются их регулируемые параметры и выполняется вариантный расчет влияния эксплуатационных мероприятий в тех или иных условиях на качество водоснабжения, экологический риск при эксплуатации системы и все общественно значимые материальные затраты, связанные с эксплуатацией системы по рассматриваемой стратегии.
Рисунок 2- Графическое представление зависимости частоты отказов от соотношения межремонтного периода и среднего срока службы для строго периодических плановых ремонтов
3. Заключительный этап управления качеством эксплуатации подразумевает пошаговую оптимизацию системы управления
Процессы надежного водоснабжения удобно рассматривать с помощью математических моделей, которые дают возможность выделить, обособить и проанализировать связи между элементами системы для каждой конкретной задачи. При оценке эффективности работы систем предлагается использовать модели, описывающие процесс эксплуатации системы, которая представляет сложные инженерные сооружения, состоящие из нескольких функционально самостоятельных подсистем, сотен узлов и элементов.
3. Моделирование расчетов водообеспечения в водохозяйственном комплексе
Методы математического анализа и математического моделирования активно применяются при гидромелиоративных расчетах. Широкое распространение данные методы получили для расчетов стоков рек, гидрологических и климатических показателей. Благодаря полученным многолетним данным, можно сделать прогноз и выводы о том, какое состояние водохозяйственного комплекса края будет в дальнейшем.
В Краснодарском крае добыча воды для водопотребления и водопользования идет как из поверхностных, так и подземных источников. Поверхностные источники представлены довольно обширной речной сетью, озерами, а также водохранилищами. Именно реки дают большую часть пресной воды для вышеуказанных нужд. Средний речной сток в Краснодарском крае составляет 23 км3/год, именно такие данные были получены вследствие многолетних гидрологических наблюдений [4, с. 9].
Рисунок 3 –Речной сток Краснодарского края
Проанализировав статистические данные, можно увидеть, что водопотребление в Краснодарском крае увеличивается за счет как поверхностных, так и грунтовых вод. Это связано с все возрастающей урбанизацией, активным ростом масштабов сельского хозяйства и промышленности.
Рисунок 4-Забор пресной воды в Краснодарском крае