Резервуар (при достаточно большой площади поверхности воды в резервуаре). Уровень воды в резервуаре за время моделирования переходных процессов успевает измениться незначительно, поэтому граничное условие на конце отводной трубы имеет вид .

Скважина с погружным насосом описывается с учетом двух характеристик: насоса и скважины. В процессе отыскания начальных условий определяются расход G и уровень воды в скважине H с учетом формулы

Здесь – производительность скважины, – уровень воды в скважине при нулевом расходе, – уровень воды в скважине при максимальном расходе. Далее, если во время переходного процесса расход уменьшается, то уровень воды в скважине не увеличивается, поскольку предполагается, что скважина обладает большой инерционностью. Наоборот, если во время переходного процесса расход увеличивается на , то уровень воды в скважине уменьшается на величину , где – площадь поперечного сечения скважины, – величина шага по времени.

Потребитель с фиксированным отбором описывается граничным условием вида . Следует понимать, что такая модель весьма грубая.

Потребитель с заданным напором описывается таким же граничным условием, как и резервуар , пока расход положителен, и условием , как только расчет приводит к отрицательному значению расхода, т. е. потребитель не может быть источником.

Потребитель с ограниченным (нефиксированным) отбором описывается либо граничным условием вида (в случае, когда потребителю хватает напора), либо граничным условием типа заданного сопротивления (в противном случае). Здесь z – геодезическая отметка, H – пьезометрический напор, (H-z) – избыточное давление в метрах водяного столба. Сопротивление задается либо вычисляется по формуле , где – минимальный напор, требуемый потребителем, – номинальный расход, требуемый потребителем.

Потребитель с истечением воды через отверстие описывается граничным условием вида . Здесь z – геодезическая отметка, H – пьезометрический напор, (H-z) – избыточное давление в метрах водяного столба. Сопротивление задается либо вычисляется по формуле , где – минимальный напор, требуемый потребителем, – номинальный расход, требуемый потребителем.

Колодец это узел, в котором соединяются две или более труб. Сложное соединение труб приводит к граничным условиям

Сумма расходов втекающих в узел равна нулю, а давления (напоры) равны потому, что измеряются в одной точке.

Воздушный колпак описывается следующими граничными условиями для концов трех труб (труба до колпака, труба после колпака и соединительный патрубок между магистралью и колпаком)

Здесь – расход жидкости, втекающей в воздушный колпак, и он зависит от разности давлений (и соответственно напоров) жидкости в месте соединения колпака с трубой и воздуха внутри колпака

Давление внутри колпака находится из уравнения состояния газа (изотерма =1, адиабата =1.4 или политропа =1.2.

Здесь и – давление и объем воздуха в начальный момент времени. Наконец, для отыскания объема имеем уравнение

которое приходится решать численно, поскольку зависимость от времени не известна. Отметим, что воздушный колпак можно использовать для моделирования воздушного пузыря в трубе.

Запорная арматура (задвижка, вентиль и пр.) Наличие задвижки приводит к граничным условиям

Здесь () – безразмерный коэффициент сопротивления задвижки. Для каждого конкретного типа задвижки коэффициент сопротивления можно выразить через степень закрытия задвижки, а зависимость последнего от времени задает пользователь, например, можно задать время начала закрытия, продолжительность процесса и назначить линейную зависимость степени закрытия от времени.

Отметим, что в программе имеются справочники по задвижкам (смотрите рисунок) и насосам, что позволяет пользователю либо выбрать устройство из справочника либо добавить в список новое устройство и ввести характеристику табличным способом.

Насос с фиксированным напором H описывается граничными условиями

Эта грубая модель предполагает, что электропривод насоса имеет бесконечную мощность.

Насос с заданными характеристиками. В этом случае напор H , развиваемый насосом и его к. п. д. зависят от расхода G. Соответствующие характеристики приводятся заводом-изготовителем насоса. Для удобства пользователей к ZuluGIS подключается справочник с некоторым набором насосов (смотрите рисунок). Как правило, завод-изготовитель приводит и характеристики насоса только для одной номинальной частоты вращения ротора. Поэтому, в процессе решения характеристики пересчитываются для произвольной частоты вращения, используя свойства подобия и . Тогда граничные условия примут вид

Расход очевидным образом выражается через скорость течения жидкости .

Изменение частоты вращения в свою очередь описывается уравнением движения .

Здесь I – момент инерции агрегата насос - ротор электродвигателя, в сумму моментов входят: вращающий момент электродвигателя, момент сопротивления жидкости и момент трения. Разрушаемая мембрана не влияет на процессы в сети, пока она не разрушена. После достижения давления разрешения, в точке подключения разрушаемой мембраны происходит свободное истечение жидкости, которое моделируется известными уравнениями с заданным сопротивлением. Отметим, что элемент «разрушаемая мембрана» можно использовать для моделирования аварийной ситуации – разрушение трубы.

Локальное сопротивление (например, фильтр) описывается уравнениями

Регулятор давления в течение переходного процесса моделируется локальным сопротивлением, т. е. мы полагаем, что инерционность регулятора давления велика. Это локальное сопротивление подбирается во время стационарного расчета, определяющего начальные условия.

Обратный клапан представляет собой небольшое локальное сопротивление при течении жидкости в одном направлении

и бесконечное сопротивление при течении жидкости в другом направлении, что приводит к граничным условиям . Инерционными свойствами обратного клапана мы пренебрегаем.