Skripta: Dynamika tekutinových mechanizmů - návody do cvičení

Hydraulické systémy s nestacionárním tlakem a průtokem tekutiny se vyskytují v různých oblastech, např. hydroenergetika, čerpací technika, rozvody kapalín, hydraulické prvky, mazací systémy, biologické systémy apod. S rostoucím významem automatizace, samočinné regulace, programového řízení a numerického řízení se tyto systémy rozšiřují do mnoha průmyslových oborů. Teoretické předpoklady pro řešení dynamických úloh jsou dány v metodách klasické hydromechaniky. Matematický aparát byl v minulosti formulován řadou vynikajících vědců. Patřili mezi ně Bernoulli, ďAlambert, Euler, Laplace, Stokes, Navier, Newton, Reynolds a mnoho dalších. V posledních letech se pro stanovení dynamických vlastností určitého fyzikálního systému rozšířila metoda matematického modelování a simulace, přitom se používají postupy a metody teorie regulace, teorie obvodů, maticového počtu a metody řešení obyčejných a parciálních diferenciálních rovnic. V současnosti jsou určité zjednodušené postupy nahrazovány metodami numerickými ve spojení s výpočetní technikou. Správnost těchto výpočetních mechanismů se ověřuje experimentálně.

Teoretický předmět „Dynamika tekutinových mechanizmů" je zaměřen na matematické modely sloupce kapaliny a hydraulických prvků. Modely jsou založeny na jednorozměrné elektro-hydraulické analogii s teorií elektrických RLC obvodů. Pro ověření teorie bylo vybudováno experimentální zařízení, na kterém se prezentuje měření přechodových charakteristik. První kapitola je věnována popisu hydraulického obvodu, definování fyzikálních vlastností kapaliny a měření základních hydraulických veličin na této trati. Parametry měření jsou využity v matematických modelech v dalších kapitolách.

Matematické modely jsou realizovány v prostředí software Mathcad, lze samozřejmě využít i jiné systémy zaměřené na základní matematické operace a funkce včetně řešení obyčejných diferenciálních rovnic a systémů. Úvodní hodiny ve cvičení jsou pak nutně zaměřeny na seznámení se s příslušným software. Kapitola 7 se věnuje měření a matematické simulaci odezvy tlaku v obvodu s dlouhým potrubím dle kapitoly 1. Matematická simulace je provedena v prostředí software Flowmaster, který řeší potrubí se spojitě rozloženými parametry metodou charakteristik. Kapitola 9 se věnuje hydraulickému obvodu pro generování tlakových pulzů. Zabývá se stanovením amplitudové frekvenční charakteristiky tlaku experimentálně a matematickou simulací s využitím matematického modelu potrubí se spojitě rozloženými parametry. Pro numerické řešení je použita metoda Laplaceovy transformace. Data do matematického modelu jsou stanoveny experimentálně. V rámci kapitoly je experimentálně stanoven hydraulický ráz v dlouhém potrubí.