URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Селезнев В.Е., Прялов С.Н. Методы построения моделей течений в магистральных трубопроводах и каналах
Id: 160027
 
1539 руб.

Методы построения моделей течений в магистральных трубопроводах и каналах

URSS. 2012. 560 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-354-01431-6.

 Аннотация

В настоящей монографии детально рассматриваются методы построения математических моделей неизотермических неустановившихся течений газовых смесей, многокомпонентных жидкостей и газожидкостных сред по системам протяженных разветвленных трубопроводов, включающих кольцевые участки. В целях повышения наглядности изложения материала проводится распространение предложенных методов на моделирование течений теплопроводных многокомпонентных жидкостей по разветвленным сетям магистральных каналов с открытым руслом.

Методы построения моделей дополняются подробными описаниями способов их численного анализа с применением широкого спектра классов разностных схем, включая полностью консервативные сплайн-схемы высокого порядка аппроксимации. Особое внимание уделяется изложению метода лагранжевых частиц применительно к анализу транспортирования теплопроводных многокомпонентных сред по каналам с открытым руслом и исследованию сложных течений по линейным и закольцованным сетям трубопроводов.

В монографии также детально рассматриваются методы построения математических моделей 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 (например, разрыв трубопроводов или помпаж в сетях газоперекачивающих цехов), а также новые методы обнаружения источников разбалансов и автоматизированной настройки параметров модели на характеристики реальных сетей трубопроводов.

Все методы построения и анализа математических моделей, описанные в книге, были разработаны на базе единой концепции моделирования, что существенно упрощает их изучение и практическое применение. В течение последнего десятилетия они подтвердили надежность и эффективность своего практического применения для решения производственных задач.

Книга может оказаться полезной научным работникам, аспирантам и преподавателям, занимающимся математическим моделированием, созданием прикладного программно-математического обеспечения и проведением расчетно-аналитических работ для нужд трубопроводного транспорта, машиностроения, энергетики и природоохранных организаций. Материал монографии доступен студентам старших курсов технических вузов.


 Оглавление

Предисловие
Список основных используемых сокращений
1 Моделирование неразветвленных магистральных трубопроводов
 1.1.Об объекте моделирования
 1.2.Модели транспортирования однокомпонентного газа
 1.3.Модели транспортирования газовой смеси
 1.4.О моделировании течения многокомпонентной жидкости
 1.5.Модели транспортирования газожидкостных смесей
  1.5.1.Обобщенное кольцевое течение
  1.5.2.Обобщенное расслоенное течение
  1.5.3.Обобщенное пробковое течение
  1.5.4.Дополнительные пояснения по моделированию структур течения
  1.5.5.О моделировании течения неньютоновских жидких фаз и суспензий
  1.5.6.Комментарии к проблеме корректного задания граничных условий при моделировании движения газожидкостных сред
2 Моделирование разветвленных магистральных трубопроводов
 2.1.Моделирование течений газовой смеси
 2.2.Моделирование течений жидкости
 2.3.Моделирование течений газожидкостной смеси
3 Моделирование разветвленных каналов с открытыми руслами
 3.1.Постановка задачи
 3.2.Модели неразветвленных каналов с открытым руслом
 3.3.Модели разветвленных каналов с открытым руслом
 3.4.Моделирование распространения тепла по сетям каналов с открытым руслом
4 Численный анализ математических моделей разветвленных трубопроводов и каналов
 4.1.Общие замечания
 4.2.Численный анализ математических моделей разветвленных газопроводов
  4.2.1.О разностных схемах повышенного порядка аппроксимации
  4.2.2.О построении полностью консервативных сплайн-схем повышенного порядка аппроксимации
  4.2.3.О численной реализации граничных условий при применении консервативных разностных схем
  4.2.4.О построении неравномерных по длине трубопроводов фиксированных разностных сеток
 4.3.Численный анализ математических моделей разветвленных каналов с открытым руслом
 4.4.Метод лагранжевых частиц для численного анализа сетей трубопроводов и каналов с открытым руслом
  4.4.1.О решении уравнения переноса тепла по трубопроводным сетям
  4.4.1.1.Моделирование течений жидкости при отсутствии кольцевых схем движения
  4.4.1.2.Моделирование течений жидкости при наличии кольцевых схем движения
  4.4.1.3.Дополнительные пояснения по методу лагранжевых частиц
5 Моделирование кранов, регуляторов давления и разрывов газопроводов
 5.1.Моделирование работы кранов
 5.2.Моделирование работы крановых площадок ЛЧМГ, оборудованных межниточными перемычками
 5.3.Численная оценка параметров работы автоматических регуляторов давления в газопроводных сетях
 5.4.Моделирование истечения газа из трубопровода высокого давления в атмосферу
 5.5.О методе обнаружения и локализации разрывов многониточных газопроводов
6 Моделирование газоперекачивающей компрессорной станции
 6.1.Краткая характеристика объекта моделирования
 6.2.О математических моделях основных сегментов компрессорных станций
 6.3.Моделирование установившихся режимов транспортирования природного газа через компрессорный цех и компрессорную станцию
 6.4.Моделирование неустановившихся режимов транспортирования природного газа через компрессорный цех и компрессорную станцию
 6.5.О моделировании компрессорных станций сложной структуры
 6.6.Прогнозирование помпажных явлений в компрессорных цехах
 6.7.Оптимизация установившихся режимов транспортирования природного газа через индивидуальную компрессорную станцию
 6.8.Оптимизация неустановившихся режимов транспортирования природного газа через индивидуальную компрессорную станцию
7 Моделирование магистральных и распределительных газопроводных систем
 7.1.Общие аспекты моделирования и оптимизации транспортирования газа по сетям трубопроводов
 7.2.Об одном методе настройки интегрированных моделей ГТС на реальные параметры сетей трубопроводов
  7.2.1.О базовом газодинамическом идентифицированном режиме
  7.2.2.Расчетная оценка достигнутого уровня идентификации в исследуемой сети трубопроводов
 7.3.Метод численного анализа разбалансов в поставках природного газа по трубопроводным сетям 1 Расчетные оценки гидравлических сопротивлений трения в трубопроводах 2 Об "альтернативной" записи условий сопряжения параметров газодинамических потоков в узле разветвления трубопроводов 3 К вопросу о расчетных оценках значений коэффициента Шези
Список цитируемых публикаций
Об авторах

 Предисловие

Теория лучше, чем ее изложение.
Закон Вудварда

Предлагаемая вниманию читателей книга посвящена детальному описанию методов построения и численного анализа высокоточных математических моделей транспортирования газовых смесей, многокомпонентных жидкостей и газожидкостных сред по системам протяженных трубопроводов или каналов. Материал монографии в полной мере отражает точку зрения авторов на подходы к решению данной проблемы в современных условиях. Он содержит изложение методов и алгоритмов, которые не только нашли применение при решении актуальных производственных задач трубопроводного транспорта, машиностроения и энергетики, но и продемонстрировали высокую эффективность и надежность.

 В основу всех представленных ниже методов и алгоритмов положен единый подход, базирующийся на положениях расширенной концепции численного моделирования магистральных трубопроводных сетей, сформулированной В.Е.Селезневым.  Согласно этой концепции при переходе от базовых уравнений механики газов и жидкостей к математическим моделям функционирования трубопроводных или канальных систем широко применялось правило минимизации глубины необходимых упрощений и допущений. Соблюдение данного правила способствует максимально возможному сохранению исходной теоретически и экспериментально обоснованной аппроксимации реальных физических процессов базовыми математическими моделями механики сплошных сред. В то же время оно ограничивает излишнюю подробность (соответственно и сложность) конкретной модели. Это происходит в результате исключения из модели описаний отдельных составляющих процессов, ничтожность влияния которых на общую физическую картину течения среды в магистральных трубопроводах или каналах в рамках решаемой задачи является научно обоснованной.

Наличие единого подхода к разработке методов построения и анализа моделей течений в трубопроводах и каналах существенно упрощает их изучение, позволяя читателю без особых затруднений модифицировать описанные в книге (или строить новые) математические модели течений, специально ориентировав их на решение конкретных практических задач.

Следует отметить, что в монографию не вошли критические сравнения предлагаемых методов моделирования с другими разработками, а также примеры их тестирования и производственного применения. Такой подход к представлению материала объясняется тем, что информация по перечисленным аспектам уже была достаточно полно и детально приведена в предшествующих работах авторов, включенных в список цитируемых в книге источников. Поэтому ее дублирование в данной публикации представляется излишним.

Текст монографии разделен на семь глав и три приложения. При этом свыше 25% материала публикуется впервые, еще около 60% материала было переработано и дополнено по сравнению с предшествующими публикациями авторов книги. Первая глава монографии посвящена изложению метода построения математических моделей для полного спектра режимов неизотермических течений различных сред по неразветвленным рельефным магистральным трубопроводам. В качестве транспортируемых продуктов в главе рассматриваются однокомпонентный газ, многокомпонентная газовая смесь, многокомпонентная жидкость и газожидкостная смесь, включая неньютоновские жидкие фазы и суспензии. При этом весь спектр режимов двухфазных течений условно представляется в виде различных сочетаний трех обобщенных структур течения: расслоенной, пробковой и кольцевой.

Также в главе 1 достаточно подробно описывается подход к моделированию транспортирования газов в подвижном трубопроводе. Эта задача актуальна при анализе и прогнозировании последствий аварийных ситуаций, сопровождающихся высокоамплитудным биением разорвавшихся газопроводов высокого давления в различных технических устройствах и системах.

 Материал первой главы дополняется приложением 1. В этом приложении рассматриваются практические аспекты получения по методу С.Н.Прялова расчетных оценок гидравлических сопротивлений трения в трубах при численном моделировании транспортирования газообразных и жидких продуктов по трубопроводным системам. Вторая глава представляет вниманию читателей универсальный способ построения математических моделей течений сред в протяженных разветвленных трубопроводах. При этом материал главы разделяется на три части, посвященные соответственно моделированию транспортирования газовых смесей, многокомпонентных жидкостей и газожидкостных сред. Последовательный переход от рассмотрения одной части к другой в направлении возрастания сложности объекта моделирования позволяет читателю детально разобраться в сути предлагаемого способа разработки моделей течений в узлах разветвления трубопроводов.

Основное содержание второй главы иллюстрируется приложением 2. В нем приводится вариант "альтернативной" записи условий сопряжения параметров газодинамических потоков в узле разветвления трубопроводов. Это позволяет проследить взаимосвязь предлагаемого во второй главе способа построения моделей с традиционным подходом к моделированию транспортных потоков в сочленениях магистральных трубопроводов. Третья глава посвящена распространению методологии из глав 1 и 2 на разработку высокоточных математических моделей неизотермических неустановившихся течений многокомпонентных теплопроводных жидкостей по магистральным сетям разветвленных каналов с открытым руслом.

 В немалой степени включение главы 3 в настоящую монографию объяснятся часто встречающимися заблуждениями о завершенности теории в области численного моделирования течений в сетях протяженных каналов c открытым руслом. К сожалению, несмотря на многообразие публикаций по данному вопросу, найти математические модели, адекватно описывающие течения многокомпонентных сред по протяженным разветвленным системам указанных каналов, и алгоритмы их численного анализа, пригодные для практического применения в компьютерных системах реального  времени, крайне затруднительно. В этой главе была предпринята попытка решения данной проблемы.

Также необходимо подчеркнуть, что наряду с получением практически значимой информации прочтение главы 3 будет способствовать углублению восприятия содержания глав 1 и 2.

В книге материал третьей главы дополняется приложением 3, в котором описываются подходы к численной оценке значений коэффициента Шези.

В четвертой главе дается детальное описание способов численного анализа математических моделей, методы построения которых были рассмотрены в главах 1--3. При этом излагается построение различных классов разностных схем, включая схемы повышенного порядка аппроксимации, в том числе полностью консервативные сплайн-схемы.

Наряду с анализом собственно разностных схем в этой главе обсуждаются способы численной реализации граничных условий в случае применения консервативных разностных схем и алгоритмы построения неравномерных по длине трубопроводов фиксированных разностных сеток.

Особое внимание в главе уделяется относительно новому варианту метода лагранжевых частиц, применяемому для анализа течения многокомпонентных теплопроводных сред при наличии  как линейных, так и кольцевых схем движения. По сути, рассматриваемый метод является специализированной модификацией подхода к решению гиперболических дифференциальных уравнений в частных производных известным методом характеристик.

В пятой главе содержится представление способов построения математических моделей крановых площадок (включая отдельные краны), автоматических регуляторов давления, течений при разрывах газопроводов, а также варианта метода оперативного обнаружения и локализации разрывов многониточных газопроводов.

В шестой главе рассматриваются способы моделирования процессов транспортирования природного газа через компрессорные цеха и компрессорные станции в целом, включая помпажные явления.

Отдельные разделы данной главы посвящены методам оптимизации квазистационарных и неустановившихся режимов транспортирования природного газа через компрессорную станцию.

В седьмой главе излагаются ключевые аспекты моделирования и оптимизации режимов транспортирования природного газа по сетям магистральных и/или распределительных газопроводов.

 Особое место в этой главе занимает описание двух идеологически родственных методов, а именно метода настройки интегрированных моделей газопроводных систем на реальные параметры сетей трубопроводов и метода численного анализа разбалансов в поставках природного газа по трубопроводным сетям (установившиеся и неустановившиеся режимы). В основе данных методов лежат подходы математической теории идентификации и нелинейного программирования.

Нумерация рисунков, формул и таблиц имеет привязку к главам и приложениям. При этом внутри главы первая цифра номера (цифра до разделительной точки) означает номер главы, а внутри приложения первая цифра номера после индекса "II" -- номер приложения.

В заключение авторы монографии выражают глубокую признательность Владимиру Васильевичу Алешину, Владимиру Владимировичу Киселеву и Алексею Сергеевичу Комиссарову за участие в дискуссиях по отдельным главам книги и сделанные при этом ценные замечания. Авторы искренне благодарят Ирину Алексеевну Скитеву за организацию и сопровождение работ по оформлению и изданию монографии.

Сентябрь 2011 г., г.Саров

В.Е.Селезнев, С.Н.Прялов

 Об авторах

Вадим Евгеньевич СЕЛЕЗНЕВ

Доктор технических наук, профессор. Окончил с отличием Харьковский авиационный институт в 1985 г. После окончания института до 2006 г. работал в Российском федеральном ядерном центре -- Всероссийском научно-исследовательском институте экспериментальной физики (г.Саров) в области создания военной техники, а также в области математического моделирования объектов сложных энергетических систем гражданского назначения. С 2006 г. по настоящее время занимается решением проблем высокоточного численного моделирования объектов энергетики и трубопроводного транспорта в рамках частных компаний. Профессиональные интересы: вычислительная гидромеханика, теория горения и математическая оптимизация. Автор более 200 научных работ, в том числе 12 монографий на русском и английском языках.

Сергей Николаевич ПРЯЛОВ

Кандидат технических наук. Окончил с отличием Московский государственный инженерно-физический институт в 1998 г. После окончания института до 2006 г. работал в Российском федеральном ядерном центре -- Всероссийском научно-исследовательском институте экспериментальной физики (г.Саров) в области математического моделирования гидродинамических процессов в трубопроводных и канальных системах топливно-энергетического комплекса. С 2006 г. по настоящее время занимается высокоточным численным моделированием объектов энергетики и трубопроводного транспорта в рамках частных компаний. Профессиональные интересы: механика газов и жидкостей, численные методы механики. Автор более 120 научных работ, в том числе 7 монографий на русском и английском языках.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце