Гидроинтегратор Лукьянова
Jul. 8th, 2014 11:23 am![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
22sobaki.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruКомпьютер, но не электрический.
Гидроинтегратор — гидравлический вычислитель:
Вода, перетекающая из одной стеклянной трубки в другую, позволяла решать дифференциальные уравнения с частными производными.
Дело было в период индустриализации СССР, когда свежеиспеченный инженер Владимир Лукьянов попал на строительство железной дороги и столкнулся в проблемой невысокого качества бетонирования (при застывании бетон растрескивался). Лукьянов предположил, что это связано с температурными напряжениями и обобщил существующие теоретические наработки. Процесс описывался дифференциальными уравнениями, требующими длительных расчетов, но Лукьянов увидел главное — аналогию между уравнениями, описывающими теплообмен, и уравнениями, описывающими течение жидкости. Т.е. первый процесс можно было смоделировать с помощью второго.
Через нескольких лет Лукьянов создает аппарат для решения этой совершенно конкретной задачи — анализа изменения температуры в бетоне в зависимости от его состава, технологии заливки и внешних условий.
Пример решаемой задачи:
Теплопередача в нестационарных условиях - охлаждение многослойной плоской стенки
Модель собирается из ряда цилиндрических сосудов, последовательно соединенных между собой калиброванными трубками. Каждый из сосудов имитирует теплосодержание слоя стенки, на которые разбито исследуемое ограждение. Сосуды наполняются водой до уровней, соответствующих начальной температуре в каждом из слоев, после чего открываются краны, и вода из сосудов начинает вытекать. Изменение уровней воды в сосудах при этом будет аналогичным изменению температур в соответствующих слоях стенки при ее охлаждении
Для фанатов:
Использованы следующие аналогии с теплотехническими параметрами исследуемых ограждающих конструкций:
а) уровни воды в сосудах в см соответствуют разностям температур слоев и воздуха в градусах;
б) площади поперечного сечения сосудов в см соответствуют теплоемкости слоев в ккал/градус;
в) количество воды в сосудах в см соответствует теплосодержанию слоев в ккал;
г) гидравлические сопротивления трубок в мин/см(?), соединяющих сосуды между собой, соответствуют термическим сопротивлениям слоев в град-ч/ккал;
д) гидравлическое сопротивление у выходной трубки соответствует сопротивлению теплопереходу от поверхности стены к воздуху в град-ч/ккал;
е) расход воды в см/мин соответствует тепловому потоку в ккал/ч.
Масштаб времени, т. е. отношение фактической продолжительности процесса теплопередачи в часах к длительности процесса на гидроинтеграторе в минутах, равен произведению отношения теплоемкости к площади сечения сосуда на отношение термического сопротивления к гидравлическому сопротивлению.
Для возможности фиксации температур (уровней воды в сосудах) в определенные моменты времени гидроинтегратор имел специальное приспособление, одновременно перекрывающее все краны между сосудами. В этот момент нужно было отметить на миллиметровой бумаге, расположенной за трубками, уровни воды в пьезометрах. Затем краны открывали, и так до следующего замера. Полученная в итоге кривая являлась решением уравнения.
Иными словами, интегратор позволял заменить процесс, прямое наблюдение за которым затруднено, аналогичным, но более наглядным процессом. При этом важно то, что оба процесса описывались одинаковыми математическими зависимостями.
Дело на этом, как ни странно, не кончилось. Инженер В.С. Лукьянов со временем стал доктором технических наук и получил Сталинскую премию. Он сконструировал двухмерные и трехмерные гидравлические интеграторы в виде стандартных унифицированных блоков, которые можно было компоновать в зависимости от решаемой задачи. Более того - гидроинтеграторы были запущены в серийное производство. Это с их, в частности, помощью рассчитывали проекты Каракумского канала, Байкало-Амурской магистрали, первой в мире гидроэлектростанции из сборного железобетона - Саратовской ГЭС им. Ленинского комсомола (1956-1970). Их использовали в геологии (движение грунтовых вод), металлургии (остывание отливок), ракетостроении и др.
Два гидроинтегратора Лукьянова представлены в коллекции аналоговых машин московского Политехнического музея. Один из них:
http://www.vitalminerals.ru/docx_300_36_man.html
http://www.nkj.ru/archive/articles/7033/
http://dlinyj.livejournal.com/497191.html
Гидроинтегратор — гидравлический вычислитель:
Вода, перетекающая из одной стеклянной трубки в другую, позволяла решать дифференциальные уравнения с частными производными.
Дело было в период индустриализации СССР, когда свежеиспеченный инженер Владимир Лукьянов попал на строительство железной дороги и столкнулся в проблемой невысокого качества бетонирования (при застывании бетон растрескивался). Лукьянов предположил, что это связано с температурными напряжениями и обобщил существующие теоретические наработки. Процесс описывался дифференциальными уравнениями, требующими длительных расчетов, но Лукьянов увидел главное — аналогию между уравнениями, описывающими теплообмен, и уравнениями, описывающими течение жидкости. Т.е. первый процесс можно было смоделировать с помощью второго.
Через нескольких лет Лукьянов создает аппарат для решения этой совершенно конкретной задачи — анализа изменения температуры в бетоне в зависимости от его состава, технологии заливки и внешних условий.
Пример решаемой задачи:
Теплопередача в нестационарных условиях - охлаждение многослойной плоской стенки
Модель собирается из ряда цилиндрических сосудов, последовательно соединенных между собой калиброванными трубками. Каждый из сосудов имитирует теплосодержание слоя стенки, на которые разбито исследуемое ограждение. Сосуды наполняются водой до уровней, соответствующих начальной температуре в каждом из слоев, после чего открываются краны, и вода из сосудов начинает вытекать. Изменение уровней воды в сосудах при этом будет аналогичным изменению температур в соответствующих слоях стенки при ее охлаждении
Для фанатов:
Использованы следующие аналогии с теплотехническими параметрами исследуемых ограждающих конструкций:
а) уровни воды в сосудах в см соответствуют разностям температур слоев и воздуха в градусах;
б) площади поперечного сечения сосудов в см соответствуют теплоемкости слоев в ккал/градус;
в) количество воды в сосудах в см соответствует теплосодержанию слоев в ккал;
г) гидравлические сопротивления трубок в мин/см(?), соединяющих сосуды между собой, соответствуют термическим сопротивлениям слоев в град-ч/ккал;
д) гидравлическое сопротивление у выходной трубки соответствует сопротивлению теплопереходу от поверхности стены к воздуху в град-ч/ккал;
е) расход воды в см/мин соответствует тепловому потоку в ккал/ч.
Масштаб времени, т. е. отношение фактической продолжительности процесса теплопередачи в часах к длительности процесса на гидроинтеграторе в минутах, равен произведению отношения теплоемкости к площади сечения сосуда на отношение термического сопротивления к гидравлическому сопротивлению.
Для возможности фиксации температур (уровней воды в сосудах) в определенные моменты времени гидроинтегратор имел специальное приспособление, одновременно перекрывающее все краны между сосудами. В этот момент нужно было отметить на миллиметровой бумаге, расположенной за трубками, уровни воды в пьезометрах. Затем краны открывали, и так до следующего замера. Полученная в итоге кривая являлась решением уравнения.
Иными словами, интегратор позволял заменить процесс, прямое наблюдение за которым затруднено, аналогичным, но более наглядным процессом. При этом важно то, что оба процесса описывались одинаковыми математическими зависимостями.
Дело на этом, как ни странно, не кончилось. Инженер В.С. Лукьянов со временем стал доктором технических наук и получил Сталинскую премию. Он сконструировал двухмерные и трехмерные гидравлические интеграторы в виде стандартных унифицированных блоков, которые можно было компоновать в зависимости от решаемой задачи. Более того - гидроинтеграторы были запущены в серийное производство. Это с их, в частности, помощью рассчитывали проекты Каракумского канала, Байкало-Амурской магистрали, первой в мире гидроэлектростанции из сборного железобетона - Саратовской ГЭС им. Ленинского комсомола (1956-1970). Их использовали в геологии (движение грунтовых вод), металлургии (остывание отливок), ракетостроении и др.
Два гидроинтегратора Лукьянова представлены в коллекции аналоговых машин московского Политехнического музея. Один из них:
http://www.vitalminerals.ru/docx_300_36_man.html
http://www.nkj.ru/archive/articles/7033/
http://dlinyj.livejournal.com/497191.html
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2014-07-08 07:37 am (UTC)На бумажке ручкой было точнее (даже если и приблизительно) и быстрее посчитать. Великая точность не нужна же - в исходных данных по-любому ошибка будет в разы больше, чем в расчётах.
no subject
Date: 2014-07-08 08:14 am (UTC)no subject
Date: 2014-07-08 08:38 am (UTC)Упомянутое дифференциальное уравнение теплопроводности в каком году было сочинено? Веке в начале 19-го?
И какой-нибудь "метод приближенного решения дифференциальных уравнений" (это не погрешность в 20% как на этом агрегате, это доли процента а то и лучше) тоже, наверняка, лет 300 как изобрели. Это если уж совсем точно считать.
Кстати "я сейчас всё в эмуляторе смоделирую" не избавляет от ошибок, если инженер не в курсе, что и куда применять и каков примерно должен быть результат.
И, повторюсь, исходные смеси/бетон или замешивающие его работяги куда больше ошибутся, чем на десяток процентов.
no subject
Date: 2014-07-08 09:10 am (UTC)Но это никак не отменяет того, что задачи пофиг-какой-динамики до самых последних времен требовали запредельных в прямом смысле слова ресурсов при любом способе решения. И этого решения избегали, как чумы:) Только если для типовых изделий можно было ограничиться инженерным
"прикинем на глаз и умножим на три"справочником с примитивными формулами типа ab+c/d, где a,b,c,d - коэффициенты, полученные экспериментально, то для индивидуальных сложных сооружений выбора попросту не было. Экспериментировать - слишком накладно, это даже не самолет, который можно разбить и посмотреть, что сломалось:), вычислить - ну, к надцатой пятилетке, может и справятся и т.п.Тем не менее, появление вычислительной мощности для расчета "в числах" сильно изменило скорость разработки и вероятность факапов.
Модель позволяет быстро пересчитать динамику при изменении входных условий (а конкретно взятая машина - и при динамическом изменении).
Значительная масса нивелирует небольшие частные искажения.
no subject
Date: 2014-07-08 08:23 am (UTC)no subject
Date: 2014-07-08 08:45 am (UTC)В том то и преимущество модели - что можно ограничится минимально существенными свойствами реального объекта лишь бы точность не сильно страдала. "Приказываю считать все объекты круглыми!!!", например.
no subject
Date: 2014-07-08 09:31 am (UTC)Я предложил попробовать. Не получится.
В "досолидовский" век - аналоговая модель с один-два-три раза подобранными подобиями - красота. Повторяемо, быстро, не требует много чего. Только исходный склад ума, что бы придумать, обосновать и довести.
no subject
Date: 2014-07-08 10:09 am (UTC)Вот, вот "Только исходный склад ума, что бы придумать, обосновать и довести" в "послесолидворковский" век уже не очень нужен.
no subject
Date: 2014-07-08 10:51 am (UTC)2. Еще раз - это Вы сказали, что на бумажке точнее и быстрее. Я завуалировано выразил сомнение в том, что Вы понимаете подобные расчеты. Что и прозвучало предложением попробовать.
3. А, если не можете попробовать - зачем делать такие заявления, что "ручкой точнее и быстрее"?
Вот и весь смысл. Кстати - я мог когда-то. И именно на бумажке и ручкой. Подобные задачи, до 10-30 листов расчетной части, на уровне 1-4 недель. Сейчас это делается за 5-10-60 минут в первом приближении.
no subject
Date: 2014-07-08 04:02 pm (UTC)Ну вот если вам в кафе подадут несъедобное, то вы тоже промолчите, ведь вы же не шеф-повар и у вас не получится, как у него "сварить блюдо на бумажке за полчаса". Так что http://lurkmore.to/Спервадобейся
no subject
Date: 2014-07-08 08:50 am (UTC)no subject
Date: 2014-07-08 12:08 pm (UTC)Это теперь все такие крутые, что давно уже наблюдается обратный эффект- аналоговые модели строят на цифровых машинах.