Слайд 11

Информа́ция - сведения, воспринимаемые человеком или специальными устройствами как отражение в процессе коммуникации фактов материального мира. Это знания о предметах, фактах, идеях и т. д., которыми могут обмениваться люди в рамках конкретного контекста.

Слайд 12

Слайд 13

Свойства информации

Слайд 14

Классификация данных по форме представления

Слайд 15

Информационные процессы– процесс получения, создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения, использования информации. В результате исполнения информационных процессов осуществляются информационные права и свободы, выполняются обязанности соответствующими структурами производить и вводить в обращение информацию, затрагивающую права и интересы граждан, а также решаются вопросы защиты личности, общества, государства от ложной информации и дезинформации, защиты информации и информационных ресурсов ограниченного доступа от несанкционированного доступа.

Слайд 16

Слайд 17

Слайд 18

Числовая информации – двоичный код (система счисления) Текстовая информация – таблицы символов, в которых знак заменяется на число Графическая информация (пиксельная) – код цвета и положение пикселя Звуковая информация – оцифровка и дискредитация Видео – набор графических кадров и скорость их смены Кодирование информации в ЭВМ

Слайд 19

Кодирование чисел 5 = 1012 75 = = 100 1 0112= 1138 = 4B16

Слайд 20

Кодирование чисел Лекция 8 п⌡п╣п╨я├п╦я▐ 8 Нарушение кодировки

Слайд 21

Кодирование текста Национальные кодировки 1 знак = 1 байт; всего 256 знаков латиница + дополнительные знаки + национальный алфавит

Слайд 22

Кодирование (оцифровка) аудиоинформации

Слайд 23

Передачаинформации Источник Кодирующее устройство Декодирующее устройство Приемник Канал связи Помехи Защита от помех

Слайд 24

Процесс накопления данных

Слайд 25

Типы файлов и расширений

Слайд 26

Иерархическая файловая система

Корневой каталог Каталог_1 Каталог_2 Файл_1 Каталог_1.1 Каталог_1.2 Файл_1.1

Слайд 27

Иерархическая структура папок

Рабочий стол Сетевое окружение Мой компьютер Корзина Е: А: С: D: Comp 1 Comp 2 Comp 3 Comp 4

Слайд 28

Вопрос: «Хорошо или плохо интернет влияет на подростка и молодежь» 28

Слайд 29

БОРОТЬСЯ С ИНТЕРНЕТ – ЗАВИСИМОСТЬЮ САМОСТОЯТЕЛЬНО Что для этого нужно делать? – Не надо дожидаться пока зависимость овладеет Вами, и Вы окажетесь в ловушке. Начните контролировать свое поведение, строго регламентируйте время, которое Вы планируете провести в интернете. Это может быть 10 минут, полчаса, час, но после этого решительно отключайтесь от сети. Поймите, что пока Вы в зависимости, не Вы управляете своей жизнью, а интернет. - вернитесь к тем формам активности, которые интересовали Вас ранее или найдите новые интересные занятия. - найдите силы и средства для преодоления возникших социальных страхов и негативных привычек, сложившихся за то время, на которое вы попались в сеть. - Помните русскую поговорку «Увяз коготок – всей птичке пропасть». И действуйте, – вырывайтесь из сети! 29

Слайд 30

Специальная программа (поисковый робот) непрерывно просматривает страницы WEB-сайтов, выбирает ключевые слова и адреса документов, в которых эти слова обнаружены и записывает их в таблицы адресов на Web-сервере. Web-сервер через поисковую систему принимает от пользователя запрос на поиск, преобразует его и передает специальной программе - поисковой машине. Поисковая машина просматривает базу данных индексов, составляет список страниц, удовлетворяющим условиям запроса (точнее список ссылок на эти страницы) и возвращает его Web–серверу. Web-сервер оформляет результаты выполнения запроса в удобном для пользователя виде и передает их на машину клиента. ПРИНЦИП ПОИСКА ИНФОРМАЦИИ В СЕТИ 30

Слайд 31

31 Существуют три основных способа поиска информации1: Указание адреса страницыЭто самый быстрый способ поиска, но его можно использовать только в том случае, если точно известен адрес документа или сайта, где расположен документ.2: Передвижение по гиперссылкамЭто наименее удобный способ, так как с его помощью можно искать документы только близкие по смыслу текущему документу. Но этот способ очень простой и подходит для начинающего пользователя.3: Обращение к поисковой системеНа помощь приходят специальные поисковые системы (их еще называют поисковыми машинами). Результатом выполнения запроса является перечень ссылок на Web-страницы, рядом с которыми присутствуют заданные текстовые фрагменты. Наиболее популярные поисковые серверы: Яндекс(yandex.ru), Гугл (google.ru) и Рамблер (rambler.ru). В настоящее на почтовых серверах также работают поисковики. Языки запросов различных поисковиков несколько отличаются друг от друга.

Слайд 32

32 Правила задания условий поиска информации Все популярные поисковые системы располагают специальными возможностями для поиска ресурсов в простом и расширенном поисковом режиме. Простой поиск - поиск по одному или нескольким ключевым словам, введенным в строку запроса. Перед тем как начинать вводить в строку поиска поисковой системы запрос, тщательно его сформулируйте. Чем более четкой будет выбранная формулировка, тем меньше ненужных вам сайтов предложит в результатах поиска поисковая система.

Слайд 33

33 Правила задания условий поиска информации Расширенный поиск Чтобы попасть на веб-страницу, предоставляющую такие возможности, необходимо воспользоваться ссылкой типа «Расширенный поиск».Перейдя по этой ссылке, мы увидим большую поисковую форму, в которой можно указать множество параметров. Поисковая система Яндекс позволяет, например, настраивать параметры поиска слов в зависимости от их расположения (рядом, в одном предложении, на одной странице) и формы.Кроме того, она может искать веб-страницы по их языку (русский, украинский, белорусский и т.д.), по дате последнего изменения и даже по формату файла веб-страницы.С помощью Яндекса информацию можно искать на каком-то конкретном сайте. Это бывает полезно в том случае, если на нужном вам сайте нет встроенной поисковой системы.

Слайд 34

34 Правила задания условий поиска информации Для каждой поисковой системы существуют свои языки запросов. Логический язык запросов для Яндексапозволяет в режиме обычного поиска вводить в строку поиска дополнительные служебные команды, уточняющие требования. Используйте знаки "+" и "-". Чтобы исключить документы, где встречается определенное слово, поставьте перед ним знак минуса (-). И наоборот, чтобы определенное слово обязательно присутствовало в документе, поставьте перед ним плюс (+). Слово и знак плюс-минус должны быть написаны слитно.Например, если вы хотите узнать про аквариумных рыбок, но без продажи и разведения, то набираем в поисковой строке:«аквариумные рыбки -разведение -продажа».

Слайд 35

35 Поиск точного соответствия - знак "!". Искать по точной словоформе. Вы можете дать команду Яндексу не учитывать формы слов из запроса при поиске. Например, запрос!иванов найдет только страницы с упоминанием этой фамилии, а не города "Иваново". Поиск точной фразы – кавычки «». Помещать поисковый запрос в кавычки (например, «кто виноват и что делать») нужно только в том случае, если мы хотим найти фразу, на 100% совпадающую с текстом нашего запроса. Кавычки заставляют поисковый механизм отбирать лишь документы, в которых слова из запроса стоят в точно таком же порядке, в котором мы указали их в поисковом запросе. Если же кавычек нет, то по запросу «кто виноват и что делать» поисковая система может предложить нам страницу, содержащую фразу «кто виноват - тому и делать, что скажут» или же «ну и кто виноват, что Петр Петрович не умеет делать пельмени». Формально при этом поисковая система справится со своей работой, ведь в указанных отрывках есть все слова из введенной фразы. А то, что они стоят совсем не в том порядке, в котором нам нужно, - это уже другой вопрос, который и уточняется использованием кавычек.

Слайд 36

36 Условия отображения результата поиска информации Релевантность - это степень соответствия найденных документов нашему запросу. Например, в Яндексе его можно обнаружить внизу каждой веб-страницы, содержащей результаты поиска, сразу под набором цифр-ссылок. Оно используется в качестве параметра для функции «Отсортировано». Если страницы в результатах поиска сортируются по релевантности, это значит, что в самом начале указываются сайты с наибольшим уровнем соответствия вашему запросу, после них располагаются ресурсы с меньшим уровнем релевантности и т.д. Помимо параметра по релевантности, доступен также вариант по дате.

Слайд 37

37 ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА Электронной переписке свойственны особенности: общение носит межличностный или групповой характер; общение всегда опосредовано и дистантно (в роли посредников выступает компьютер и почтовая служба); по способу взаимодействия виртуальное общение может быть монологом либо диалогом; форма общения может быть письменная и устная (если общение идет с помощью звуковых речевых файлов, прикрепленных к письмам); стиль речи может быть как официально-деловой, так и любой другой, вплоть до разговорной речи и использования ненормативной лексики. Электронная почта по сравнению с бумажной почтой имеет некоторые преимущества: - мизерные затраты времени и денег на пересылку; - меньшее количество требуемых данных для успешной доставки; - возможность отправки вместе с письмом звуковых материалов; - возможность отправки одного письма сразу нескольким адресатам; - возможность переадресации писем и т.д.

Слайд 38

Слайд 39

Посмотреть все слайды

Вычислительные машины, системы, сети и комплексы

Технические средства информатизации - это совокупность систем, машин, приборов, механизмов, устройств и прочих видов оборудования, предназначенных для автоматизации различных технологических процессов информатики, причем таких, выходным продуктом которых является информация (данные), используемые для удовлетворения информационных потребностей в разных областях деятельности общества.

Все технические средства информатизации в зависимости от выполняемых функций можно разделить на шесть групп:

• 1. Устройства ввода информации:
  • - Текста
  • - Местоуказания (мышь, световое перо, трекбол, графический планшет, джойстик)
  • - Мультимедиа (графика (сканер и цифровая фотокамера), звук (магнитофон, микрофон), видео (веб-камера, видеокамера))
• 2. Устройства вывода информации:
  • - Текста (монитор);
  • - Мультимедиа (графика (принтер, плоттер), звук (наушники, акустические системы), видео (видеомагнитофон, видеокамера))
• 3. Устройства обработки информации:
  • - Микропроцессор
  • - Сопроцессор
• 4. Устройства передачи и приема информации:
  • - Модем
  • - Сетевая карта
• 5. Многофункциональные устройства:
  • - Устройства копирования
  • - Устройства размножения
  • - Издательские системы
• 6. Устройства хранения информации

Как следует из приведенной выше классификации, большая часть современных технических средств информатизации в той или иной мере связана с ЭВМ - персональными компьютерами (ПК).

Устройства ввода и вывода являются непременным и обязательным элементом любой ЭВМ, начиная с самой первой и заканчивая современными ПК, поскольку именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с вычислительной системой.

Все устройства ввода / вывода персонального компьютера относятся к периферийным устройствам , т.е. подключаемым к микропроцессору через системную шину и соответствующие контроллеры . На сегодняшний день существуют целые группы устройств (например, устройства местоуказания, мультимедиа), которые обеспечивают эффективную и удобную работу пользователя.

Главным устройством вычислительной машины является микропроцессор , обеспечивающий в наиболее общем случае управление всеми устройствами и обработку информации. Для решения специфических задач, например, математических вычислений современные персональные компьютеры оснащаются сопроцессорами. Эти устройства относятся к устройствам обработки информации .

Устройства передачи и приема информации (или устройства связи) являются непременными атрибутами современных информационных систем, которые все больше приобретают черты распределенных информационных систем, в которых информация хранится не в одном месте, а распределена в пределах некоторой сети.

Модем (модулятор-демодулятор) - устройство, преобразующее информацию в такой вид, в котором ее можно передавать по телефонным линиям связи. Внутренние модемы имеют PCI-интерфейс и подключаются непосредственно к системной плате. Внешние модемы подключаются через порты COM или USB.

Сетевой адаптер (сетевая плата) - электронное устройство, выполненное в виде платы расширения (может быть интегрирован в системную плату) с разъемом для подключения к линии связи.

Устройства хранения информации занимают не последнее место среди всех технических средств информатизации, поскольку используются для временного (непродолжительного) или длительного хранения обрабатываемой и накапливаемой информации.

Многофункциональные устройства стали появляться сравнительно недавно. Отличительная особенность этих устройств заключается в сочетании целого ряда функций (например, сканирование и печать или печать и брошюровка печатных копий, и т.д.) по автоматизации действий пользователя.

Вычислительная машина, счётная машина - механизм, электромеханическое или электронное устройство, предназначенное для автоматического выполнения математических операций.

В последнее время, это понятие чаще всего ассоциируется с различными видами компьютерных систем. Тем не менее, вычислительные механизмы появились задолго до того, как заработал первый компьютер.

Ещё в 1623 году немец Вильгельм Шиккард (нем. Wilhelm Schickard) создал так называемые «Считающие часы», которые сегодня принято считать первым автоматическим калькулятором. В письмах к Иоганну Кеплеру Шикард объяснял, как можно использовать его машину для расчёта астрономических таблиц. Машина Шикарда умела складывать и вычитать шестизначные числа, оповещая звонком о переполнении. Более сложные вычисления выполнялись с помощью набора костяшек Непера, установленного на корпусе механизма. Оригинал машины был потерян при пожаре ещё до начала двадцатого столетия. В 1960 году на основе сохранившихся чертежей была построена копия этого вычислителя, подтвердившая его существование и работоспособность.

В 1642 году машину, помогающую в сложении чисел изобрёл французский учёный Блез Паскаль. «Паскалина», как назвал свою конструкцию изобретатель, представляла собой механическое устройство в виде ящичка, наполненного многочисленными шестерёнками. Складываемые числа вводились в машину за счёт соответствующего поворота наборных колёсиков. На каждом из этих колёсиков, соответствовавших одному десятичному разряду, были нанесены деления с цифрами от 0 до 9. При вводе числа колёсики прокручивались до соответствующей цифры. При завершении полного оборота избыток над цифрой 9 переносился на соседний разряд (на 1 позицию сдвигалось соседнее колесо) и так далее. «Машина Паскаля» позволяла выполнять не только сложение, но и другие операции, однако при этом требовала применения довольно неудобной процедуры повторных сложений.

В 1673 году другой известный учёный - Готфрид Вильгельм Лейбниц изготовил механический калькулятор, позволявший легко выполнять вычитание, умножение и деление.

1723 год - немецкий математик и астроном Христиан Людвиг Герстен на основе работ Лейбница создал арифметическую машину. Машина высчитывала частное и произведение (за счёт последовательно выполняемых операций сложения). Кроме того, в ней была предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода данных.

В 1820 году француз Тома де Кальмар наладил промышленный выпуск арифмометров.

Разработанная в 1823 году разностная машина англичанина Чарльза Бэббиджа предназначалась для расчётов математических таблиц.

Изучение работ Бэббиджа и его советы помогли шведскому изобретателю Перу Георгу Шойцу (швед. Georg Scheutz), начиная с 1854 года, построить несколько разностных машин, а в 1859 году даже продать одну из них канцелярии английского правительства.

Ещё одна «Разностная машина», построенная вскоре Мартином Вибергом (швед. Martin Wiberg), также была в своей основе улучшенной версией машины Чарльза Бэббиджа и использовалась для расчёта и публикации печатных логарифмических таблиц.

К 1890 году американцем Германом Холлеритом была разработана электрическая табулирующая система, которая использовалась в переписях населения США в 1890 и 1900 годах.

В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе на квартире родителей построил свою первую машину, названную Z1. Это была пробная модель полностью механической программируемой цифровой вычислительной машины. В том же году Цузе приступил к созданию машины Z2. А в 1941 году Цузе создаёт первую вычислительную машину, обладающую всеми свойствами современного компьютера Z3.

Вычислительные системы

СОД (система обработки данных), настроенная на решение задач, конкретной области применения, называется вычислительной системой. Вычислительная система включает в себя технические средства и программное обеспечение, ориентированные на решение определенной совокупности задач. Существует два способа ориентации. Во-первых, вычислительная система может строиться на основе ЭВМ или вычислительного комплекса общего применения и ориентация системы обеспечивается за счет программных средств - прикладных программ и, возможно, операционной системы. Во-вторых, ориентация на заданный класс задач может достигаться за счет использования специализированных ЭВМ и вычислительных комплексов. В этом случае удается при умеренных затратах оборудования добиться высокой производительности. Специализированные вычислительные системы наиболее широко используются при решении задач векторной и матричной, алгебры, а также связанных с интегрированием дифференциальных уравнений, обработкой изображений, распознаванием образов и т.д.

Вычислительные системы, построенные на основе специализированных комплексов, начали интенсивно разрабатываться с конца 60-х годов. В таких системах использовалась процессоры со специализированными системами команд, конфигурация комплексов жестко ориентировалась на конкретный класс задач. В последнее десятилетие начались исследования и разработки адаптивных вычислительных систем, гибко приспосабливающихся к решаемым задачам. Адаптация вычислительной системы с целью приспособления ее к структуре реализуемого алгоритма достигается за счет изменения конфигурации системы. При этом соединения между процессорами, а также модулями памяти и периферийными устройствами устанавливаются динамически в соответствии с потребностями задач, обрабатываемых системой в текущий момент времени. В связи с этим адаптивные вычислительные системы иначе называются системами с динамической структурой. За счет адаптации достигается высокая производительность в широком классе задач и обеспечивается устойчивость системы к отказам. Поэтому адаптивные системы рассматриваются как одно из перспективных направлений развития систем обработки данных.

Вычислительные комплексы.

Начиная с 60-х годов для повышения надежности и производительности СОД, несколько ЭВМ связывались между собой, образуя многомашинный вычислительный комплекс.

В ранних многомашинных комплексах связь между ЭВМ обеспечивалась через общие внешние запоминающие устройства - накопители на магнитных дисках (НМД) или магнитных лентах (НМЛ) (рис 1,1, а), т.е. за счет доступа к общим наборам данных. Такая связь называется косвенной и оказывается эффективной только в том случае, когда ЭВМ взаимодействуют достаточно редко, например, при отказе одной из ЭВМ или в моменты начала и окончания обработки данных. Более оперативное взаимодействие ЭВМ достигается за счет прямой связи через адаптер, обеспечивающий обмен данными между каналами ввода - вывода ЧКВВ) двух ЭВМ (рис. 1.1, б ) и передачу сигналов прерывания. За счет этого создаются хорошие условия для координации процессов обработки данных и повышается оперативность обмена данными, что позволяет вести параллельно процессы обработки и существенно увеличивать производительность СОД. В настоящее время многомашинные вычислительные комплексы широко используются для повышения надежности и производительности СОД.

В многомашинных вычислительных комплексах взаимодействие процессов обработки данных обеспечивается только за счет обмена сигналами прерывания и передачи данных через адаптеры канал - канал или общие внешние запоминающие устройства. Лучшие условия для взаимодействия процессов - когда все процессоры имеют доступ ко всему объему данных, хранимых в оперативных запоминающих устройствах (ОЗУ), и могут взаимодействовать со всеми периферийными устройствами комплекса. Вычислительный комплекс, содержащий несколько процессоров с общей оперативной памятью и периферийными устройствами, называется многопроцессорным. Принцип построения таких комплексов иллюстрируется рис. 1.2. Процессоры, модули оперативной памяти (МП) и каналы ввода-вывода, к которым подключены периферийные устройства (ПУ), объединяются в единый комплекс с помощью средств коммутации, обеспечивающих доступ каждого процессора к любому модулю оперативной памяти и каналу ввода-вывода, а также возможность передачи данных между последними. В многопроцессорном комплексе отказы отдельных устройств влияют на работоспособность СОД в меньшей степени, чем в многомашинном, т.е. многопроцессорные комплексы обладают большей устойчивостью к отказам. Каждый процессор имеет непосредственный доступ ко всем данным, хранимым в общей оперативной памяти, и к периферийным устройствам, что позволяет параллельно обрабатывать не только независимые задачи, на и блоки одной задачи.

Внекоторых случаях при движении жидкости закрытых руслах происходят явления, связанные с изменением агрегатного состояния жидкости, т.е. с превращением ее в пар, а также с выделением из жидкости растворенных в ней газов. Например, при течении жидкости через местное сужение трубы увеличивается скорость и падает давление. Если абсолютное давление при этом достигает значения, равного давлению насыщенных паров этой жидкости при данной температуре, или давлению, при котором начинается выделение из нее растворимых газов, то в данном месте потока начинается интенсивное парообразование (кипение) и выделение газов. В расширяющейся части скорость потока уменьшается, а давление возрастает, и выделение паров и газов прекращается; выделившиеся пары конденсируются, а газы постепенно вновь растворяются.

Это местное нарушение сплошности течения с образованием паровых и газовых пузырей (каверн), обусловленное местным падением давления в потоке, называется кавитацией .

Наглядно это можно продемонстрировать на простом устройстве. Вода или иная жидкость под давлением в несколько атмосфер подводится к регулировочному крану (вентилю) А и далее протекает через прозрачную трубку Вентури, которая сначала плавно сужает поток, затем еще более плавно расширяет и через кран Б выводит в атмосферу.

При небольшом открытии регулировочного крана и, следовательно, при малых значениях расхода и скорости жидкости падение давления в узком месте трубки незначительно, поток вполне прозрачен, и кавитация отсутствует. При постепенном открытии крана происходит увеличение скорости жидкости в трубке и падение абсолютного давления.

При некотором значении этого давления, которое можно считать равным давлению насыщенных паров
, в узком месте трубки появляется отчетливо видимая зона кавитации, представляющая собой область местного кипения жидкости и последующей конденсации паров. Размеры зоны кавитации возрастают по мере дальнейшего открытия крана, т.е. при увеличении давления в сечении 1 – 1, а следовательно, и расхода. Однако как бы при этом ни возрастал расход, давление в узком сечении 2 – 2 сохраняются строго постоянным потому, что постоянно давление насыщенных паров.

Кавитация сопровождается шумом, а при длительном ее воздействии также эрозионным разрушением металлических стенок. Последнее объясняется тем, что конденсация пузырьков пара (и сжатия пузырьков газа) происходит со значительной скоростью, частицы жидкости, заполняющие полость конденсирующего пузырька, устремляются к его центру и в момент завершения конденсации (схлопывания пузырька) вызывают местные удары, т.е. значительное повышение давления в отдельных точках. Материал при кавитации разрушается не там, выделяются пузырьки, а там, где они конденсируются.

При возникновении кавитации значительно увеличивается сопротивление трубопроводов и, следовательно, уменьшается их пропускная способность, потому что каверны уменьшают живые сечения потоков, скорость в которых резко возрастает.

Кавитация в обычных случаях является нежелательным явлением, и ее не следует допускать в трубопроводах и других элементах гидросистем. Она может возникать во всех местных гидравлических сопротивлениях, где поток претерпевает местное сужение с последующим расширением, например в кранах, вентилях, задвижках, диафрагмах, жиклерах и др. В отдельных случаях возникновение кавитации возможно также и без расширения потока вслед за его сужением, а также в трубах постоянного сечения при увеличении геометрической высоты и гидравлических потерь. Кавитация может иметь место в гидромашинах (насосах и гидротурбинах), а также на лопастях быстро вращающихся гребных винтов. В этих случаях следствием кавитации является резкое снижение КПД машины и затем постепенное разрушение ее деталей, подверженных воздействию кавитации.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР В ТРУБОПРОВОДАХ

При резком изменении скорости жидкости в напорном трубопроводе происходит замедление или ускорение ее движения, в результате чего возникают силы инерции, которые приводят соответственно к повышению или понижению давления в трубопроводе. Это явление, сопровождающееся нередко звуком, сходным со звуком глухого удара твердых тел, а в ряде случаев и сильным сотрясением трубопровода, получило название гидравлического удара.

Несмотря на то, что с явлением гидравлического удара, неоднократно приводившим к авариям трубопроводов, ученые и инженеры были знакомы сравнительно давно, правильное объяснение этого сложного физического процесса было дано лишь в 1898 г. проф. Н. Е. Жуковским на основании обширных теоретических и экспериментальных исследований. Теория гидравлического удара и расчетные формулы, выведенные Н. Е. Жуковским, были использованы учеными и инженерами всего мира при расчете трубопроводов и дальнейшем изучении этого явления.

Для определения значения повышения давления в трубопроводе при резком изменении скорости рассмотрим горизонтальный трубопровод диаметромd , по которому со средней скоростью v движется капельная жидкость, имеющая давление р . При быстром (будем считать мгновенном) закрытии крана частицы жидкости, оказавшиеся в этот момент непосредственно у крана, также мгновенно остановятся, а их кинетическая энергия преобразуется в потенциальную - скорость станет равной нулю, а давление жидкости повысится до значения р уд (ударного давления), в результате чего произойдет сжатие расположенного у крана слоя жидкости и расширение стенок окружающих его труб. Благодаря этому освободится некоторый (весьма малый) объем и следующий слой жидкости будет иметь возможность еще несколько продвинуться по направлению к крану.

Так как модули упругости жидкости и материала стенок труб достаточно большие (например, для воды Е≈ 2∙10 9 Па, для стали Е≈ 2∙10 11 Па, для чугуна Е≈ 1∙10 11 Па и т. д.), то уменьшением объема в остановившемся слое жидкости вследствие его малости при выполнении расчетов вполне можно пренебречь, но для объяснения процесса гидравлического удара это имеет очень важное значение. Учет сжимаемости жидкости и расширения стенок труб, осуществленный впервые Н. Е. Жуковским, дал ему возможность правильно описать картину гидравлического удара и вывести основные расчетные зависимости.

Пусть за время Δt после мгновенного закрытия крана около него остановится элементарный объем жидкости
, заключенный между сечениямиМ и К, которые расположены на расстоянии Δl друг от друга. При этом скорость жидкости в этом объеме станет равной нулю, а давление - р уя , левее сечения М жидкость еще продолжает двигаться со скоростью v и имеет давление р.

Таким образом, за время Δt масса жидкости Δm в объеме ΔV потеряет количество движения. На выделенный объем действуют силы давления, результирующая которых
, и сила тяжести
. Импульсы этих сил за время Δt будут P Δt и ΔQ Δt .

Спроектируем импульсы внешних сил и изменение количества движения на ось потока и в соответствии с теоремой об изменении количества движения приравняем эти проекции. Так как сила ΔQ действует нормально к оси потока, то проекция импульса этой силы будет равна нулю, поэтому

Отношение
в полученном уравнении представляет собой скорость распространения гидравлического ударас (скорость распространения ударной волны) в трубопроводе, поэтому

.

Эта формула Н.Е. Жуковского используется для определения приращения давления при так называемом прямом гидравлическом ударе.

Скорость распространения ударной волны с зависит от упругих свойств жидкости и трубопровода и может быть найдена по формуле

,

где Е ж - модуль упругости жидкости; Е - модуль упругости материала трубопровода; δ - толщина стенок труб.

По своему значению с близка к скорости распространения звука в данной жидкости
, так как знаменатель
мало отличается от единицы. Так, для воды а= 1430 м/с, для стальных водопроводов с = 1050 - 1350 м/с.

Таким образом, в случае прямого гидравлического удара при скорости воды в стальном трубопроводе 1 м/с приращение давления Δр составит примерно 1 МПа. Такое резкое повышение давления представляет опасность для трубопровода, поэтому для предупреждения аварии необходимо предусматривать защитные меры.

Пренебрегая гидравлическими потерями в трубопроводе и рядом других факторов, происходящие при гидравлическом ударе процессы можно представить следующим образом. Пусть из резервуара значительной вместимости по трубопроводу длиной l и диаметром d , движется капельная жидкость со скоростью v . Как было показано выше, при быстром (мгновенном) перекрытии крана также мгновенно останавливается слой жидкости, расположенный непосредственно у крана, и давление в ней повышается от р до р уд . Вследствие сжатия жидкости и расширения стенок труб в этом слое освобождается некоторый (весьма малый) объем, благодаря чему остановка следующего слоя произойдет не одновременно с первым, а через некоторый (также весьма малый) промежуток времени. После остановки второго слоя в нем произойдут аналогичные явления (повышение давления до р уд , сжатие жидкости, расширение стенок труб и, как следствие, освобождение некоторого элементарного объема), затем эти же явления возникнут в следующих слоях и так далее по всей длине трубопровода l до самого его начала (сечения N).

Таким образом, несмотря на мгновенное закрытие крана остановка всей жидкости в трубопроводе произойдет не мгновенно, а закончится через некоторый промежуток времени
.

В момент достижения ударной волной входного сечения трубопровода вся жидкость в нем окажется сжатой, скорости всех частиц равными нулю, а давление - равным р уд . Следовательно, через время t в сечении N возникает положение, при котором слева давление жидкости будет р, справа р уд = р + Δр . При таких условиях равновесие невозможно, поэтому начнется перемещение жидкости (Вследствие малой сжимаемости капельной жидкости перемещения ее частиц ничтожно малы, но именно они создают волновой процесс передачи давления в жидкости) из трубопровода в резервуар (из области большего давления в область меньшего) и понижение давления в трубопроводе до значения р, которое будет распространяться в сторону крана с той же скоростью с , т. е. возникает отраженная волна, достигающая через промежуток времени t сечения К . Таким образом, повышенное давление р уд у крана после его мгновенного закрытия будет существовать в течение времени 2 t = Т, называемого фазой гидравлического удара.

Жидкость и стенки труб предполагаются упругими, поэтому в процессе понижения давления в трубопроводе до значения р они возвращаются в прежнее состояние, соответствующее этому давлению. Работа деформации переходит в кинетическую энергию и жидкость в трубопроводе приобретает первоначальную скорость v , но направленную в противоположную сторону. С этой скоростью жидкость в трубопроводе стремится оторваться от крана, вследствие чего возникает отрицательная ударная волна с давлением -Δр , которая направляется от крана к резервуару со скоростью с , оставляя за собой сжавшиеся стенки труб и расширившуюся жидкость.

В момент достижения этой ударной волной входного сечения трубопровода (через промежуток времени t ) в нем снова создается неравновесное состояние - слева давление будет р , справа р - Δр , в результате чего начнется отток жидкости из резервуара в трубопровод. Это вызовет возникновение перемещения частиц жидкости в трубопроводе со скоростью с, повышение давления до значения р , возвращение стенок труб и жидкости к прежнему состоянию, соответствующему давлению р . Весь этот комплекс явлений будет распространяться в сторону крана со скоростью с и через промежуток времени t отраженная волна достигнет крана (сечения К ).

Вмомент достижения отраженной волной крана (т. е. через время4 t =2 T после его закрытия) возникнет ситуация, уже имевшая место в момент закрытия крана, и, если пренебречь рассеиванием энергии, весь цикл гидравлического удара повторится снова. Теоретический график изменения давления в сечении К (перед краном). В действительности, вследствие наличия гидравлических сопротивлений колебания давления в трубопроводе являются затухающими (амплитуды Δр уменьшаются), кроме того, давление нарастает (а также падает) не мгновенно.

Выше был рассмотрен так называемый прямой гидравлический удар, когда время закрытия крана было меньше фазы гидравлического удара (т. е. t з < Т = 2 l /с) .

В случае непрямого гидравлического удара (когда закрытие крана происходит сравнительно медленно или трубопровод имеет, малую длину, в связи с чем отраженная волна успевает достигнуть крана до окончания его закрытия, т. е. когда t 3 > Т = 2 l /с ) приращение давления может быть ориентировочно определено по формуле

.

Наиболее простыми и распространенными устройствами для защиты трубопроводов от гидравлических ударов являются задвижки и краны, обеспечивающие медленное перекрытие проходного сечения, что, существенно снижает Δр .

В тех случаях, когда по условиям технологии необходимо или возможно быстрое перекрытие трубопровода, прибегают к установке воздушных колпаков, специальных гасителей удара и др.

При наличии перед краном воздушного колпака в момент перекрытия краномК трубопровода часть жидкости заходит в колпак и сжимает находящийся там воздух, поэтому скорость жидкости в трубопроводе будет уменьшаться не мгновенно, а постепенно; при понижении давления в трубопроводе воздух расширяется и вытесняет из колпака избыток жидкости ΔV . При достаточном объеме колпака в результате упругости воздуха и постепенного уменьшения скорости жидкости в трубопроводе повышение давления в нем будет незначительным.

Наряду с устройствами для защиты трубопроводов от гидравлических ударов существуют специальные устройства (гидравлические тараны, гидроимпульсаторы), в которых гидравлический удар создается искусственно с целью его последующего использования.

Гидравлический таран представляет собой водоподъемное устройство, не имеющее приводящего двигателя, а использующее для подъема воды (Q 2 ) на определенную высоту (Н 2 ) энергию воды (Q 1 > Q 2 ), спускаемой в бак тарана с меньшей высоты (H 1 ) и частично сбрасываемой (Q 1 - Q 2 ) через ударный клапан, расположенный в этом баке.

Для повышения давления поднимаемой жидкости используются искусственно вызванные и действующие с определенной частотой гидравлические удары.

Гидроимпульсатор находит применение в гидромониторах, используемых при гидромеханизации добычи полезных ископаемых и вскрышных работ. С помощью гидроимпульсатора на участке трубопровода определенной длины непосредственно перед гидромонитором искусственно создаются незатухающие гидравлические удары (автоколебания давления), обеспечивающие повышение давления воды перед стволом гидромонитора в 1,5 - 2 раза и получение пульсирующей струи. Это, в свою очередь, приводит к повышению производительности гидроотбойки и снижению энергоемкости гидромонитора.

Лекция №13