Реализация мер по учету энергоресурсов – важная научная и практическая задача организации надежного акустического ультразвукового канала связи в системе мониторинга магистральных водопроводных сетей.
При несомненной значимости практических результатов, полученных в данном направлении, следует сказать, что роль волновых явлений в водопроводной системе изучена недостаточно [1, 2].
Обладая высокой степенью информативности, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) спектра гидродинамических шумов позволяет оценить такие важнейшие технико-технологические параметры водной среды, как появление негерметичности стенки самого водопровода; сужение его проходного сечения, вызванного, например, отложениями солей или коррозией, а также ряд других обстоятельств. Таким образом, можно предположить, что в составе спектра гидродинамических колебаний (шумов) содержится объективная информация об эффективности выбранного технологического режима работы системы в целом.
В этом смысле исследование АЧХ спектра гидродинамических шумов в трубопроводе приобретает особую значимость.
Согласованный режим волноводной системы водопровода и нагрузки будет означать отсутствие отраженных волн давления и скорости. В этих условиях реализуется максимум мощности, передаваемой в нагрузку, и, как следствие, достигается максимальный КПД системы в целом. При этом затраты энергии на передачу информационного сигнала минимизируются.
Электрическая модель магистрального водопровода общеизвестна – это линия с распределенными параметрами. Рассчитать его волновое сопротивление не составляет особого труда. Для согласования требуется знать сопротивление нагрузки водопровода. Им будет входное сопротивление приемника ультразвукового излучения, расчет которого более сложен, чем расчет волнового сопротивления собственно водопровода.
Данную задачу можно исследовать, используя метод электродинамических аналогий [3]. Фундаментальность метода состоит в том, что одни и те же дифференциальные уравнения описывают процессы гидродинамики, акустики и электричества, различаясь лишь значениями постоянных коэффициентов, входящих в их состав.