Селезнев В.Е., Прялов С.Н. Численное моделирование течений в магистральных системах

Монография. — М.: Едиториал УРСС, 2014. — 800 с.OCR (распознан, можно копировать текст)Монография содержит подробное изложение практически значимых технологий высокоточного компьютерного моделирования широкого спектра режимов течений продуктов по системам протяженных трубопроводов или каналов с открытым руслом, в том числе имеющим сложную топологию или функционирующим в критических условиях. В зависимости от решаемой задачи в качестве транспортируемых продуктов могут выступать газовые смеси, многокомпонентные жидкости и газожидкостные среды. Предлагаемые технологии несложно распространить на численный анализ течений многофазных сред с твердыми включениями при условии их доработки согласно представленной в книге методологии.
Значительное внимание в монографии уделено детальному описанию последовательности рассуждений, приведшей к построению той или иной математической модели или разработке алгоритмов ее численного анализа, включая научно обоснованное исследование перспективных и тупиковых ветвей их дальнейшего развития.
В книге особое место отводится математическим аспектам мониторинга функционирования магистральных и газораспределительных систем, эксплуатирующихся в газовой промышленности. При этом приводятся способы прогнозной оптимизации затрат на полный спектр режимов транспортирования природного газа, алгоритмы предотвращения аварийных ситуаций.
В монографии предлагаются эффективные методы численного восстановления нестационарных транспортных потоков газовых смесей по разветвленным закольцованным трубопроводам и подход к автоматизированной настройке параметров расчетной модели на характеристики реальных сетей трубопроводов в условиях дефицита измерительной информации.
Изложение материала в книге осуществлялось на базе единой концепции численного моделирования магистральных систем, что существенно упрощает его освоение и практическое применение.
Предложенные технологии высокоточного компьютерного моделирования течений в магистральных системах на сегодняшний день нашли практическое применение в отраслях промышленности топливно-энергетического комплекса машиностроении и медицине, а также при разработке перспективных образцов высокоточного стрелкового оружия.
Книга может оказаться полезной научным работникам, аспирантам и преподавателям, занимающимся математическим моделированием, созданием прикладного программно-математического обеспечения и проведением расчетно-аналитических работ, сопряженных с исследованиями трубопроводных и канальных систем. Материал монографии доступен студентам старших курсов технических вузов.Моделирование неразветвленных магистральных трубопроводов
Об объекте моделирования
Модели транспортирования однокомпонентного газа
Модели транспортирования газовой смеси
О моделировании течения многокомпонентной жидкости
Модели транспортирования газожидкостных смесей
Обобщенное кольцевое течение
Обобщенное расслоенное течение
Обобщенное пробковое течение
Дополнительные пояснения по моделированию структур течения
О моделировании течения неньютоновских жидких фаз и суспензий
Комментарии к проблеме корректного задания граничных условий при моделировании движения газожидкостных сред
Моделирование разветвленных магистральных трубопроводов
Моделирование течений газовой смеси
Моделирование течений жидкости
Моделирование течений газожидкостной смеси
Моделирование разветвленных каналов с открытыми руслами
Модели неразветвленных каналов с открытым руслом
Модели разветвленных каналов с открытым руслом
Моделирование распространения теплоты по сетям каналов с открытым руслом
Численный анализ математических моделей разветвленных трубопроводов и каналов
Численный анализ математических моделей разветвленных газопроводов
О разностных схемах повышенного порядка аппроксимации
О построении полностью консервативных сплайн-схем повышенного порядка аппроксимации
О численной реализации граничных условий при применении консервативных разностных схем
О построении неравномерных по длине трубопроводов фиксированных разностных сеток
Численный анализ математических моделей разветвленных каналов с открытым руслом
Метод лагранжевых частиц для численного анализа сетей трубопроводов и каналов с открытым руслом
О решении уравнения переноса теплоты по трубопроводным сетям
Моделирование течений жидкости при отсутствии кольцевых схем движения
Моделирование течений жидкости при наличии кольцевых схем движения
Дополнительные пояснения по методу лагранжевых частиц
Моделирование кранов, регуляторов давления и разрывов газопроводов
Моделирование работы кранов
Моделирование работы крановых площадок ЛЧМГ, оборудованных межниточными перемычками
Численная оценка параметров работы автоматических регуляторов давления в газопроводных сетях
Моделирование истечения газа из трубопровода высокого давления в атмосферу
методе обнаружения и локализации разрывов многониточных газопроводов
Моделирование газоперекачивающей компрессорной станции
Краткая характеристика объекта моделирования
О математических моделях основных сегментов компрессорных станций
Моделирование установившихся режимов транспортирования природного газа через компрессорный цех и компрессорную станцию
Моделирование неустановившихся режимов транспортирования природного газа через компрессорный цех и компрессорную станцию
О моделировании компрессорных станций сложной структуры
Прогнозирование помпажных явлений в компрессорных цехах
Оптимизация установившихся режимов транспортирования природного газа через индивидуальную компрессорную станцию
Оптимизация неустановившихся режимов транспортирования природного газа через индивидуальную компрессорную станцию
Моделирование магистральных и распределительных газопроводных систем
Общие аспекты моделирования и оптимизации транспортирования газа по сетям трубопроводов
Численный метод восстановления транспортных потоков в сетях трубопроводов
Критерий для сравнительного анализа полученных решений идентификационной задачи
Понятие «Газодинамический Идентифицированный Режим»
Настройка интегрированных моделей ГТС на реальные параметры сетей трубопроводов
Метод численного анализа разбалансов в поставках природного газа по трубопроводным сетям
Об оценке предельно возможных поступлений объемов газа через конкретный ассоциированный отвод на потребителей
Практические способы ускорения процессов численного анализа течений по реальным газопроводным сетям
Исходная непрерывная модель
Выбор типа разностной схемы
Аппроксимация исходной системы дифференциальных уравнений для неразветвленного трубопровода
Интерпретация граничных условий
Граничное условие по давлению
Изотермический случай
Неизотермический случай
Разностная схема для первой внутренней ячейки
Изотермический случай
Неизотермический случай
Граничное условие по расходу
Изотермический случай
Неизотермический случай
Упрощенная модель (изотермический случай)
Упрощенная модель (неизотермический случай)
О шаге по времени
Моделирование течения по разветвленной системе трубопроводов
Изотермический случай
Неизотермический случай
Упрощенная модель коллектора
Граничное условие по расходу (изотермический случай)
Граничное условие по давлению (изотермический случай)
Неизотермический случай
Компьютерная реализация математических моделей течений и методов их численного анализа
Концепция численного моделирования сложных магистральных систем
Предварительные замечания
Формулировка концепции
Типовая структура программного комплекса для численного анализа и мониторинга магистральных систем
Укрупненная типовая структурно-логическая схема КАС как базового элемента программного комплекса
Укрупненная типовая структурно-логическая схема блока модулей фундаментальных алгоритмов программного комплекса
Укрупненная типовая структурно-логическая схема блока модулей программного комплекса для связи с ПО внешней поставки
Укрупненная типовая структурно-логическая схема интерфейсной и управляющей оболочек программного комплекса
Укрупненная типовая структурно-логическая схема базы данных программного комплекса
Об опыте практической реализации предложенной концепции
Расчетные оценки гидравлических сопротивлений трения в трубопроводах
Об «альтернативной» записи условий сопряжения параметров газодинамических потоков в узле разветвления трубопроводов
К вопросу о расчетных оценках значений коэффициента Шези
Ключевые положения расширенной концепции численного моделирования магистральных трубопроводных сетей (версия 2009 года)
Некоторые примеры практического применения предложенных технологий высокоточного компьютерного моделирования для мониторинга магистральных трубопроводных систем