Гідроінтегратор Лук'янова

Комп'ютер, але не електричний.
Гідроінтегратор — гідравлічний обчислювач:
 
 
Вода, що перетікає з однієї скляної трубки в іншу, дозволяла вирішувати диференціальні рівняння з приватними похідними.
 
 
Справа була в період індустріалізації СРСР, коли свіжоспечений інженер Володимир Лук'янов потрапив на будівництво залізниці та зіткнувся в проблемою невисокої якості бетонування (при застиганні бетон розтріскувався). Лук'янов припустив, що це пов'язано з температурними напругами і узагальнив існуючі теоретичні напрацювання. Процес описувався диференціальними рівняннями, які вимагають тривалих розрахунків, але тут Лук'янов побачив головне — аналогію між рівняннями, що описують теплообмін, і рівняннями, що описують протягом рідини. Тобто перший процес можна було змоделювати за допомогою другого.
 
Після декількох років роботи Лук'янов створює апарат для вирішення цієї зовсім конкретного завдання — аналізу зміни температури в бетоні залежно від його складу, технології заливки і зовнішніх умов.
 
 
Приклад розв'язуваної задачі
Теплопередача в нестаціонарних умовах — охолодження багатошарової плоскої стінки.
 
Модель збирається з ряду циліндричних судин, послідовно з'єднаних між собою каліброваними трубками. Кожен з судин імітує теплосодержание шару стінки, на які розбито досліджуване огорожу. Судини наповнюються водою до рівнів, що відповідають початковій температурі в кожному з шарів, після чого відкриваються крани, і вода з судин починає витікати. Зміна рівнів води в судинах при цьому буде аналогічним зміни температур у відповідних шарах стінки при її охолодженні.
 
 
 
 
Використані такі аналогії з теплотехнічними параметрами досліджуваних огороджувальних конструкцій:
а) рівні води в судинах в см відповідають різницям температур шарів і повітря в градусах;
б) площі поперечного перерізу судин в см відповідають теплоємності шарів в ккал / градус;
в) кількість води в судинах в см відповідає Тепломісткість шарів в ккал;
г) гідравлічні опору трубок в хв / см (?), що з'єднують судини між собою, відповідають термічним опорам шарів у град-ч/ккал;
д) гідравлічний опір у вихідний трубки відповідає опору теплопереходу від поверхні стіни до повітря в град-ч/ккал;
е) витрата води в см / хв відповідає тепловому потоку в ккал / ч.
Масштаб часу, тобто відношення фактичної тривалості процесу теплопередачі в годинах до тривалості процесу на гідроінтеграторе у хвилинах, дорівнює добутку відносини теплоємності до площі перерізу судини на ставлення термічного опору до гідравлічному опору.
 
Для можливості фіксації температур (рівнів води в судинах) у визначені моменти часу гідроінтегратор мав спеціальне пристосування, одночасно перекриває всі крани між судинами. У цей момент потрібно було відзначити на міліметровому папері, розташованої за трубками, рівні води в п'єзометрах. Потім крани відкривали, і так до наступного виміру. Отримана в результаті крива була рішенням рівняння.
 
Іншими словами, інтегратор дозволяв замінити процес, пряме спостереження за яким ускладнено, аналогічним, але більш наочним процесом. При цьому важливо те, що обидва процеси описувалися однаковими математичними залежностями.
 
 
Доля проекту
Справа на цьому, як не дивно, не скінчилося. Інженер В.С. Лук'янов з часом став доктором технічних наук і отримав Сталінську премію. Він сконструював двомірні і тривимірні гідравлічні інтегратори у вигляді стандартних уніфікованих блоків, які можна було компонувати залежно від розв'язуваної задачі. Більше того — гідроінтегратори були запущені в серійне виробництво. Це з їх, зокрема, допомогою розраховували проекти Каракумського каналу, Байкало-Амурської магістралі, перший в світі гідроелектростанції зі збірного залізобетону — Саратовської ГЕС ім. Ленінського комсомолу (1956-1970). Їх використовували в геології (рух грунтових вод), металургії (охолодження виливків), ракетобудуванні та ін
 
 
Два гідроінтегратора Лук'янова представлені в колекції аналогових машин московського Політехнічного музею. Один з них:
 
 
1. Стаття в «Науці і життя» .
2. Фокін к. Ф. Будівельна теплотехніка огороджувальних частин будівель . <habracut/>

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.