Распространение акустических волн в водопроводных сетях с изменяющимся диаметром труб
Оценка состояния магистральных водопроводных сетей. Моделирование водопровода в наземном и подземном вариантах прокладки. Описание метода модального представления акустической волны. Расчет акустического давления, распространяемого внутри трубы.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.05.2017 |
| Размер файла | 158,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Распространение акустических волн в водопроводных сетях с изменяющимся диаметром труб
В.А. Зибров, А.А. Сапронов
О.В. Соколовская, Д.А. Мальцева
Информация относительно текущего структурного состояния локальных магистральных водопроводных сетей, в совокупности с статистически выведенными эмпирическими моделями отказов, может увеличить долговечность эксплуатации водоводов и позволит управлять системами водоснабжения рентабельным способом.
Оценка состояния магистральных водопроводных сетей и соответственно принятия решения по восстановлению водопровода состоит из нескольких этапов: моделирование водопровода в наземном и подземном вариантах прокладки; оценка состояний водопровода при помощи средств измерительной техники, в том числе дефектоскопия труб; интерпретация измеренных показателей, определяющих текущее состояние водопровода; эмпирическое моделирование отказов в распределительных магистральных сетях малого диаметра; определение срока службы водопровода; оценка последствий аварийных отказов; планирование затрат для полного срока эксплуатации водопровода (количество, качество, надежность, и т.д.).
Определение условий эксплуатации водопровода не должно ориентироваться только на параметры, характеризующие аварийную ситуацию. Также важна информация о свойствах грунта; климате; грунтовых водах; покрывающих пластах; типе датчика, контролирующего данные о состоянии водопровода; конфигурации и геометрии трубы и т.п.
В работах [1,2] рассмотрено распространение акустической волны, распространяющейся внутри водопроводной трубы постоянного диаметра.
Рассмотрим целесообразность применения метода модального представления акустической волны [3], если осуществляется переход трубы одного диаметра в трубу другого диаметра рис. 1. Моды распространяющейся акустической волны различны, поэтому необходимо преобразовать акустическое давление в трубе одного диаметра в акустическое давление трубы другого диаметра, используя условия непрерывности акустического давления и скорости.
Рис. 1. Вид составной трубы.
В работе учитываем, что условия непрерывности давления и скорости будут невыполнимы только для переданного поля акустического давления в трубу меньшего диаметра, так как часть поля будет отражена от краёв соединения двух труб.
Радиус рассматриваемой трубы на интервале и на интервале , причём >. Предполагаем наличие круговой симметрии, поэтому исключаем появление мод вызванных неоднородностями трубы. Тогда на интервале с учетом выражения приведенного в [2] акустическое давление имеет вид:
В точке происходит рассеяние акустической волны, на отраженную волну
и на переданную волну
где
и являются обобщениями и на интервале .
Принимаем условия сходимости бесконечного ряда для радиального и аксиального волнового числа отраженной волны ; и радиального и аксиального волнового числа прошедшей волны :
Матрицы M и S показывают, что моды сформированной и распространяющейся акустической волны отражаются и передаются по трубе. Вектор A характеризует сформированную акустическую волну на начальном этапе, векторы D и C характеризуют области передачи и отражения.
Зададим граничные условия. В точке интервал действует условие непрерывности прижимной и осевой скоростей, а на краях отсутствует любой источник акустического сигнала. Тогда получаем уравнение непрерывности акустического давления
и уравнение непрерывности осевой скорости акустической волны
( если , если ).
Проведем расчет акустического давления, распространяемого внутри трубы, с помощью интерактивной системы MatLab. Труба водопроводная напорная из полиэтилена диаметр 200мм и 100мм. Координаты источника акустического сигнала (мм, , м); координаты приёмника акустической волны (мм, , м); плотность воды 1000кг/м3; скорость звука в воде 1500м/с; расстояние до приёмника акустической волны х1=100м; расстояние до изменения диаметра трубы 50м.
На рис. 2 приведен излучаемый ультразвуковой сигнал с частотой 55кГц и его спектр. Временные области распространения акустического давления для заданного сигнала, приведены на рис. (3-5).
акустический волна магистральный водопроводный
Рис. 2. Заданный сигнал (а) и его спектр (б)
Рис. 3. Область распространения акустического давления, х=100м, мода (0,0)
Рис. 4 - Временные области распространения акустического давления мода (1,0) (а), мода (2,0) (б), х=100м
Рис. 5. Временные области распространения акустического давления мода (1,1) (а), мода (2,2) (б), х=100м
Прохождение акустической волны внутри трубы при изменении её диаметра к затуханию плоской волны мода (0,0) примерно в 100 раз (рис. 3). Таким же образом изменение диаметра трубы влияет и на более медленные моды (рис. 4-5), которые искажены из-за результата перекрытия волн, у которых есть более длинные пути распространения.
Таким образом, можно сделать вывод, что полученные уравнения непрерывности акустического давления и осевой скорости акустической волны позволяют определить величину акустического давления на границе перехода от трубы одного диаметра в трубу другого диаметра, что в свою очередь даст возможность обнаружить несанкционированные врезки в водопроводной сети; изменение геометрии трубы, вызванной осадочными налетами, коррозионными процессами и т.д.
Литература
1. Зибров, В.А., Сапронов, А.А. Использование пьезоэлектрических преобразователей для передачи информации о потребляемых водных ресурсах [Текст]// Энергосбережение и водоподготовка. Научно-технический журнал, 2009 - №3. - С. 78-81.
2. Сапронов, А.А., Зибров, В.А., Занина, И.А., Соколовская, О.В.. Исследование процесса передачи информации по акустическому каналу в водопроводе [Текст]// Энергосбережение и водоподготовка. Научно-технический журнал, 2012. - №4. - С.52-54.
3. Блохинцев, Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. - 2-е изд. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981. - 206 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Классификация систем водоснабжения. Определение расходов воды на территории промышленного предприятия. Выбор места водозабора. Способы прокладки трубопроводов. Требования, предъявляемые к качеству воды. Устройство и прокладка наружных водопроводных сетей.
курсовая работа [344,2 K], добавлен 18.04.2014Распространение волн в упругой среде. Уравнение плоской и сферической волны. Принцип суперпозиции, разложение Фурье и эффект Доплера. Наложение встречных плоских волн с одинаковой амплитудой. Зависимость длины волны от относительной скорости движения.
презентация [2,5 M], добавлен 14.03.2016Размещение инженерных подземных сетей. Подсчет объемов земляных работ. Устройство приямков для монтажа канализации. Присыпка, подбивка и засыпка труб грунтом. Составление технологической схемы потока. Расчет отвала грунта. Комплектование состава отряда.
курсовая работа [425,7 K], добавлен 07.11.2014- Распространение плоских, гармонических по времени, упругих акустических волн в периодичном волноводе
Волновые явления в периодических слоистых волноводах. Создание приложения, моделирующего процесс распространения плоских, гармонических по времени, упругих акустических волн в периодическом волноводе. Метод Т-Матриц для периодического волновода.
курсовая работа [910,2 K], добавлен 30.06.2014 Метод последовательных приближений. Генерация второй гармоники. Параметрическая генерация и усиление волн. Коэффициент параметрического усиления. Нелинейная поляризация на собственной частоте. Воздействие одной волны на другую. Фазовая скорость волны.
контрольная работа [81,0 K], добавлен 20.08.2015Конструкторский расчет вертикального подогревателя низкого давления с пучком U–образных латунных труб диаметром d=160,75 мм. Определение поверхности теплообмена и геометрических параметров пучка. Гидравлическое сопротивление внутритрубного тракта.
контрольная работа [230,6 K], добавлен 18.08.2013Основные положения и понятие волны. Волновые процессы. Волны и скорости волн. Волна - распространение возмущения в непрерывной среде. Распространение волны в пространственно периодической структуре, т.е. в твердом теле. Элементы векторного анализа.
реферат [84,4 K], добавлен 30.11.2008Параметры упругих гармонических волн. Уравнения плоской и сферической волн. Уравнение стоячей волны. Распространение волн в однородной изотропной среде и принцип суперпозиции. Интервалы между соседними пучностями. Скорость распространения звука.
презентация [155,9 K], добавлен 18.04.2013Интерференция и дифракция волн на поверхности жидкости. Интерференция двух линейных волн, круговой волны в жидкости с её отражением от стенки. Отражение ударных волн. Электромагнитные и акустические волны. Дифракция круговой волны на узкой щели.
реферат [305,0 K], добавлен 17.02.2009Характеристика закона дисперсии высокочастотных продольных плазменных волн, математическое описание ленгмюровских колебаний и волн в условиях холодной плазмы. Понятие плазмонов. Описание ионных ленгмюровских волн простыми дисперсионными уравнениями.
реферат [59,7 K], добавлен 04.12.2012Сущность понятия "электромагнитное излучение". Классификация и диапазон радиоволн. Распространение длинных и коротких волн. Образование зоны молчания. Отражательные слои ионосферы и распространение коротких волн, в зависимости от частоты и времени суток.
презентация [447,6 K], добавлен 17.12.2013Свойства и структура акустических волн. Дисперсионное соотношение для волн в неоднородной упругой среде с флуктуирующей плотностью: одномерный и трехмерный случаи. Корреляционные функции, метод релаксации для решения систем нелинейных уравнений.
контрольная работа [482,1 K], добавлен 02.01.2013Преобразование исходной системы уравнений к расчётной форме. Зависимость длины волны от скорости распространения. Механизмы возникновения волн на свободной поверхности жидкости. Зависимость между групповой скоростью волн и скоростью их распространения.
курсовая работа [451,6 K], добавлен 23.01.2009Векторно-матричное описание электропривода, расчет модального регулятора при настройке на стандартную форму Баттерворта. Характеристическая матрица замкнутой системы по вектору состояния. Структурная схема системы "объект – наблюдатель – регулятор".
курсовая работа [834,1 K], добавлен 27.06.2014Изучение конструкции волноводов. Классификация волн в волноводе. Создание электрических и магнитных полей различной структуры. Уравнения Максвелла для диэлектрика. Уменьшение потерь энергии внутри волновода. Распространение поперечно-электрических волн.
презентация [267,3 K], добавлен 25.12.2014Расчет напряжения и токов в узлах в зависимости от времени. Графики напряжений, приходящих и уходящих волн. Метод бегущих волн и эквивалентного генератора. Перемещение и запись волн в массивы. Моделирование задачи в Matlab. Проектирование схемы в ATP.
лабораторная работа [708,4 K], добавлен 02.12.2013Экспериментальное получение электромагнитных волн. Плоская электромагнитная волна. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Получение модуля вектора плотности потока энергии. Вычисление давления электромагнитных волн и уяснение его происхождения.
реферат [28,2 K], добавлен 08.04.2013Определение частоты и сложение колебаний одного направления. Пропорциональные отклонения квазиупругих сил и раскрытие физической природы волны. Поляризация и длина продольных и поперечных волн. Общие параметры вектора направления и расчет скорости волны.
презентация [157,4 K], добавлен 29.09.2013Линейная, круговая и эллиптическая поляризация плоских электромагнитных волн. Отражение и преломление волны на плоской поверхности. Нормальное падение плоской волны на границу раздела диэлектрик-проводник. Глубина проникновения электромагнитной волны.
презентация [1,1 M], добавлен 29.10.2013Интерференция двух наклонных плоских монохроматических волн. Построение 3D-изображения дифракционных решеток в плоскости y-z. Определение значения параметров решеток в средах с показателями преломления n2 и n1 для каждого угла падения сигнальных волн.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 11.05.2022
