Cover Селезнев В.Е., Прялов С.Н. Методы построения моделей течений в магистральных трубопроводах и каналах
Id: 160027
45.9 EUR

Методы построения моделей течений в магистральных трубопроводах и каналах

URSS. 560 pp. (Russian). ISBN 978-5-354-01431-6.
White offset paper
  • Hardcover

Summary

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... (More)


Oglavlenie
Predislovie
Spisok osnovnikh ispol'zuemikh sokraschenij
1Modelirovanie nerazvetvlennikh magistral'nikh truboprovodov
 1.1.Ob ob'ekte modelirovaniya
 1.2.Modeli transportirovaniya odnokomponentnogo gaza
 1.3.Modeli transportirovaniya gazovoj smesi
 1.4.O modelirovanii techeniya mnogokomponentnoj zhidkosti
 1.5.Modeli transportirovaniya gazozhidkostnikh smesej
  1.5.1.Obobschennoe kol'tsevoe techenie
  1.5.2.Obobschennoe rassloennoe techenie
  1.5.3.Obobschennoe probkovoe techenie
  1.5.4.Dopolnitel'nie poyasneniya po modelirovaniyu struktur techeniya
  1.5.5.O modelirovanii techeniya nen'yutonovskikh zhidkikh faz i suspenzij
  1.5.6.Kommentarii k probleme korrektnogo zadaniya granichnikh uslovij pri modelirovanii dvizheniya gazozhidkostnikh sred
2Modelirovanie razvetvlennikh magistral'nikh truboprovodov
 2.1.Modelirovanie techenij gazovoj smesi
 2.2.Modelirovanie techenij zhidkosti
 2.3.Modelirovanie techenij gazozhidkostnoj smesi
3Modelirovanie razvetvlennikh kanalov s otkritimi ruslami
 3.1.Postanovka zadachi
 3.2.Modeli nerazvetvlennikh kanalov s otkritim ruslom
 3.3.Modeli razvetvlennikh kanalov s otkritim ruslom
 3.4.Modelirovanie rasprostraneniya tepla po setyam kanalov s otkritim ruslom
4Chislennij analiz matematicheskikh modelej razvetvlennikh truboprovodov i kanalov
 4.1.Obschie zamechaniya
 4.2.Chislennij analiz matematicheskikh modelej razvetvlennikh gazoprovodov
  4.2.1.O raznostnikh skhemakh povishennogo poryadka approksimatsii
  4.2.2.O postroenii polnost'yu konservativnikh splajn-skhem povishennogo poryadka approksimatsii
  4.2.3.O chislennoj realizatsii granichnikh uslovij pri primenenii konservativnikh raznostnikh skhem
  4.2.4.O postroenii neravnomernikh po dline truboprovodov fiksirovannikh raznostnikh setok
 4.3.Chislennij analiz matematicheskikh modelej razvetvlennikh kanalov s otkritim ruslom
 4.4.Metod lagranzhevikh chastits dlya chislennogo analiza setej truboprovodov i kanalov s otkritim ruslom
  4.4.1.O reshenii uravneniya perenosa tepla po truboprovodnim setyam
  4.4.1.1.Modelirovanie techenij zhidkosti pri otsutstvii kol'tsevikh skhem dvizheniya
  4.4.1.2.Modelirovanie techenij zhidkosti pri nalichii kol'tsevikh skhem dvizheniya
  4.4.1.3.Dopolnitel'nie poyasneniya po metodu lagranzhevikh chastits
5Modelirovanie kranov, regulyatorov davleniya i razrivov gazoprovodov
 5.1.Modelirovanie raboti kranov
 5.2.Modelirovanie raboti kranovikh ploschadok LChMG, oborudovannikh mezhnitochnimi peremichkami
 5.3.Chislennaya otsenka parametrov raboti avtomaticheskikh regulyatorov davleniya v gazoprovodnikh setyakh
 5.4.Modelirovanie istecheniya gaza iz truboprovoda visokogo davleniya v atmosferu
 5.5.O metode obnaruzheniya i lokalizatsii razrivov mnogonitochnikh gazoprovodov
6Modelirovanie gazoperekachivayuschej kompressornoj stantsii
 6.1.Kratkaya kharakteristika ob'ekta modelirovaniya
 6.2.O matematicheskikh modelyakh osnovnikh segmentov kompressornikh stantsij
 6.3.Modelirovanie ustanovivshikhsya rezhimov transportirovaniya prirodnogo gaza cherez kompressornij tsekh i kompressornuyu stantsiyu
 6.4.Modelirovanie neustanovivshikhsya rezhimov transportirovaniya prirodnogo gaza cherez kompressornij tsekh i kompressornuyu stantsiyu
 6.5.O modelirovanii kompressornikh stantsij slozhnoj strukturi
 6.6.Prognozirovanie pompazhnikh yavlenij v kompressornikh tsekhakh
 6.7.Optimizatsiya ustanovivshikhsya rezhimov transportirovaniya prirodnogo gaza cherez individual'nuyu kompressornuyu stantsiyu
 6.8.Optimizatsiya neustanovivshikhsya rezhimov transportirovaniya prirodnogo gaza cherez individual'nuyu kompressornuyu stantsiyu
7Modelirovanie magistral'nikh i raspredelitel'nikh gazoprovodnikh sistem
 7.1.Obschie aspekti modelirovaniya i optimizatsii transportirovaniya gaza po setyam truboprovodov
 7.2.Ob odnom metode nastrojki integrirovannikh modelej GTS na real'nie parametri setej truboprovodov
  7.2.1.O bazovom gazodinamicheskom identifitsirovannom rezhime
  7.2.2.Raschetnaya otsenka dostignutogo urovnya identifikatsii v issleduemoj seti truboprovodov
 7.3.Metod chislennogo analiza razbalansov v postavkakh prirodnogo gaza po truboprovodnim setyam 1 Raschetnie otsenki gidravlicheskikh soprotivlenij treniya v truboprovodakh 2 Ob "al'ternativnoj" zapisi uslovij sopryazheniya parametrov gazodinamicheskikh potokov v uzle razvetvleniya truboprovodov 3 K voprosu o raschetnikh otsenkakh znachenij koeffitsienta Shezi
Spisok tsitiruemikh publikatsij
Ob avtorakh

Predislovie
Teoriya luchshe, chem ee izlozhenie.
Zakon Vudvarda

Predlagaemaya vnimaniyu chitatelej kniga posvyaschena detal'nomu opisaniyu metodov postroeniya i chislennogo analiza visokotochnikh matematicheskikh modelej transportirovaniya gazovikh smesej, mnogokomponentnikh zhidkostej i gazozhidkostnikh sred po sistemam protyazhennikh truboprovodov ili kanalov. Material monografii v polnoj mere otrazhaet tochku zreniya avtorov na podkhodi k resheniyu dannoj problemi v sovremennikh usloviyakh. On soderzhit izlozhenie metodov i algoritmov, kotorie ne tol'ko nashli primenenie pri reshenii aktual'nikh proizvodstvennikh zadach truboprovodnogo transporta, mashinostroeniya i energetiki, no i prodemonstrirovali visokuyu effektivnost' i nadezhnost'.

 V osnovu vsekh predstavlennikh nizhe metodov i algoritmov polozhen edinij podkhod, baziruyuschijsya na polozheniyakh rasshirennoj kontseptsii chislennogo modelirovaniya magistral'nikh truboprovodnikh setej, sformulirovannoj V.E.Seleznevim.  Soglasno etoj kontseptsii pri perekhode ot bazovikh uravnenij mekhaniki gazov i zhidkostej k matematicheskim modelyam funktsionirovaniya truboprovodnikh ili kanal'nikh sistem shiroko primenyalos' pravilo minimizatsii glubini neobkhodimikh uproschenij i dopuschenij. Soblyudenie dannogo pravila sposobstvuet maksimal'no vozmozhnomu sokhraneniyu iskhodnoj teoreticheski i eksperimental'no obosnovannoj approksimatsii real'nikh fizicheskikh protsessov bazovimi matematicheskimi modelyami mekhaniki sploshnikh sred. V to zhe vremya ono ogranichivaet izlishnyuyu podrobnost' (sootvetstvenno i slozhnost') konkretnoj modeli. Eto proiskhodit v rezul'tate isklyucheniya iz modeli opisanij otdel'nikh sostavlyayuschikh protsessov, nichtozhnost' vliyaniya kotorikh na obschuyu fizicheskuyu kartinu techeniya sredi v magistral'nikh truboprovodakh ili kanalakh v ramkakh reshaemoj zadachi yavlyaetsya nauchno obosnovannoj.

Nalichie edinogo podkhoda k razrabotke metodov postroeniya i analiza modelej techenij v truboprovodakh i kanalakh suschestvenno uproschaet ikh izuchenie, pozvolyaya chitatelyu bez osobikh zatrudnenij modifitsirovat' opisannie v knige (ili stroit' novie) matematicheskie modeli techenij, spetsial'no orientirovav ikh na reshenie konkretnikh prakticheskikh zadach.

Sleduet otmetit', chto v monografiyu ne voshli kriticheskie sravneniya predlagaemikh metodov modelirovaniya s drugimi razrabotkami, a takzhe primeri ikh testirovaniya i proizvodstvennogo primeneniya. Takoj podkhod k predstavleniyu materiala ob'yasnyaetsya tem, chto informatsiya po perechislennim aspektam uzhe bila dostatochno polno i detal'no privedena v predshestvuyuschikh rabotakh avtorov, vklyuchennikh v spisok tsitiruemikh v knige istochnikov. Poetomu ee dublirovanie v dannoj publikatsii predstavlyaetsya izlishnim.

Tekst monografii razdelen na sem' glav i tri prilozheniya. Pri etom svishe 25% materiala publikuetsya vpervie, esche okolo 60% materiala bilo pererabotano i dopolneno po sravneniyu s predshestvuyuschimi publikatsiyami avtorov knigi. Pervaya glava monografii posvyaschena izlozheniyu metoda postroeniya matematicheskikh modelej dlya polnogo spektra rezhimov neizotermicheskikh techenij razlichnikh sred po nerazvetvlennim rel'efnim magistral'nim truboprovodam. V kachestve transportiruemikh produktov v glave rassmatrivayutsya odnokomponentnij gaz, mnogokomponentnaya gazovaya smes', mnogokomponentnaya zhidkost' i gazozhidkostnaya smes', vklyuchaya nen'yutonovskie zhidkie fazi i suspenzii. Pri etom ves' spektr rezhimov dvukhfaznikh techenij uslovno predstavlyaetsya v vide razlichnikh sochetanij trekh obobschennikh struktur techeniya: rassloennoj, probkovoj i kol'tsevoj.

Takzhe v glave 1 dostatochno podrobno opisivaetsya podkhod k modelirovaniyu transportirovaniya gazov v podvizhnom truboprovode. Eta zadacha aktual'na pri analize i prognozirovanii posledstvij avarijnikh situatsij, soprovozhdayuschikhsya visokoamplitudnim bieniem razorvavshikhsya gazoprovodov visokogo davleniya v razlichnikh tekhnicheskikh ustrojstvakh i sistemakh.

 Material pervoj glavi dopolnyaetsya prilozheniem 1. V etom prilozhenii rassmatrivayutsya prakticheskie aspekti polucheniya po metodu S.N.Pryalova raschetnikh otsenok gidravlicheskikh soprotivlenij treniya v trubakh pri chislennom modelirovanii transportirovaniya gazoobraznikh i zhidkikh produktov po truboprovodnim sistemam. Vtoraya glava predstavlyaet vnimaniyu chitatelej universal'nij sposob postroeniya matematicheskikh modelej techenij sred v protyazhennikh razvetvlennikh truboprovodakh. Pri etom material glavi razdelyaetsya na tri chasti, posvyaschennie sootvetstvenno modelirovaniyu transportirovaniya gazovikh smesej, mnogokomponentnikh zhidkostej i gazozhidkostnikh sred. Posledovatel'nij perekhod ot rassmotreniya odnoj chasti k drugoj v napravlenii vozrastaniya slozhnosti ob'ekta modelirovaniya pozvolyaet chitatelyu detal'no razobrat'sya v suti predlagaemogo sposoba razrabotki modelej techenij v uzlakh razvetvleniya truboprovodov.

Osnovnoe soderzhanie vtoroj glavi illyustriruetsya prilozheniem 2. V nem privoditsya variant "al'ternativnoj" zapisi uslovij sopryazheniya parametrov gazodinamicheskikh potokov v uzle razvetvleniya truboprovodov. Eto pozvolyaet prosledit' vzaimosvyaz' predlagaemogo vo vtoroj glave sposoba postroeniya modelej s traditsionnim podkhodom k modelirovaniyu transportnikh potokov v sochleneniyakh magistral'nikh truboprovodov. Tret'ya glava posvyaschena rasprostraneniyu metodologii iz glav 1 i 2 na razrabotku visokotochnikh matematicheskikh modelej neizotermicheskikh neustanovivshikhsya techenij mnogokomponentnikh teploprovodnikh zhidkostej po magistral'nim setyam razvetvlennikh kanalov s otkritim ruslom.

 V nemaloj stepeni vklyuchenie glavi 3 v nastoyaschuyu monografiyu ob'yasnyatsya chasto vstrechayuschimisya zabluzhdeniyami o zavershennosti teorii v oblasti chislennogo modelirovaniya techenij v setyakh protyazhennikh kanalov c otkritim ruslom. K sozhaleniyu, nesmotrya na mnogoobrazie publikatsij po dannomu voprosu, najti matematicheskie modeli, adekvatno opisivayuschie techeniya mnogokomponentnikh sred po protyazhennim razvetvlennim sistemam ukazannikh kanalov, i algoritmi ikh chislennogo analiza, prigodnie dlya prakticheskogo primeneniya v komp'yuternikh sistemakh real'nogo  vremeni, krajne zatrudnitel'no. V etoj glave bila predprinyata popitka resheniya dannoj problemi.

Takzhe neobkhodimo podcherknut', chto naryadu s polucheniem prakticheski znachimoj informatsii prochtenie glavi 3 budet sposobstvovat' uglubleniyu vospriyatiya soderzhaniya glav 1 i 2.

V knige material tret'ej glavi dopolnyaetsya prilozheniem 3, v kotorom opisivayutsya podkhodi k chislennoj otsenke znachenij koeffitsienta Shezi.

V chetvertoj glave daetsya detal'noe opisanie sposobov chislennogo analiza matematicheskikh modelej, metodi postroeniya kotorikh bili rassmotreni v glavakh 1--3. Pri etom izlagaetsya postroenie razlichnikh klassov raznostnikh skhem, vklyuchaya skhemi povishennogo poryadka approksimatsii, v tom chisle polnost'yu konservativnie splajn-skhemi.

Naryadu s analizom sobstvenno raznostnikh skhem v etoj glave obsuzhdayutsya sposobi chislennoj realizatsii granichnikh uslovij v sluchae primeneniya konservativnikh raznostnikh skhem i algoritmi postroeniya neravnomernikh po dline truboprovodov fiksirovannikh raznostnikh setok.

Osoboe vnimanie v glave udelyaetsya otnositel'no novomu variantu metoda lagranzhevikh chastits, primenyaemomu dlya analiza techeniya mnogokomponentnikh teploprovodnikh sred pri nalichii  kak linejnikh, tak i kol'tsevikh skhem dvizheniya. Po suti, rassmatrivaemij metod yavlyaetsya spetsializirovannoj modifikatsiej podkhoda k resheniyu giperbolicheskikh differentsial'nikh uravnenij v chastnikh proizvodnikh izvestnim metodom kharakteristik.

V pyatoj glave soderzhitsya predstavlenie sposobov postroeniya matematicheskikh modelej kranovikh ploschadok (vklyuchaya otdel'nie krani), avtomaticheskikh regulyatorov davleniya, techenij pri razrivakh gazoprovodov, a takzhe varianta metoda operativnogo obnaruzheniya i lokalizatsii razrivov mnogonitochnikh gazoprovodov.

V shestoj glave rassmatrivayutsya sposobi modelirovaniya protsessov transportirovaniya prirodnogo gaza cherez kompressornie tsekha i kompressornie stantsii v tselom, vklyuchaya pompazhnie yavleniya.

Otdel'nie razdeli dannoj glavi posvyascheni metodam optimizatsii kvazistatsionarnikh i neustanovivshikhsya rezhimov transportirovaniya prirodnogo gaza cherez kompressornuyu stantsiyu.

V sed'moj glave izlagayutsya klyuchevie aspekti modelirovaniya i optimizatsii rezhimov transportirovaniya prirodnogo gaza po setyam magistral'nikh i/ili raspredelitel'nikh gazoprovodov.

 Osoboe mesto v etoj glave zanimaet opisanie dvukh ideologicheski rodstvennikh metodov, a imenno metoda nastrojki integrirovannikh modelej gazoprovodnikh sistem na real'nie parametri setej truboprovodov i metoda chislennogo analiza razbalansov v postavkakh prirodnogo gaza po truboprovodnim setyam (ustanovivshiesya i neustanovivshiesya rezhimi). V osnove dannikh metodov lezhat podkhodi matematicheskoj teorii identifikatsii i nelinejnogo programmirovaniya.

Numeratsiya risunkov, formul i tablits imeet privyazku k glavam i prilozheniyam. Pri etom vnutri glavi pervaya tsifra nomera (tsifra do razdelitel'noj tochki) oznachaet nomer glavi, a vnutri prilozheniya pervaya tsifra nomera posle indeksa "II" -- nomer prilozheniya.

V zaklyuchenie avtori monografii virazhayut glubokuyu priznatel'nost' Vladimiru Vasil'evichu Aleshinu, Vladimiru Vladimirovichu Kiselevu i Alekseyu Sergeevichu Komissarovu za uchastie v diskussiyakh po otdel'nim glavam knigi i sdelannie pri etom tsennie zamechaniya. Avtori iskrenne blagodaryat Irinu Alekseevnu Skitevu za organizatsiyu i soprovozhdenie rabot po oformleniyu i izdaniyu monografii.

Sentyabr' 2011 g., g.Sarov

V.E.Seleznev, S.N.Pryalov

Ob avtorakh
Vadim Evgen'evich SELEZNEV

Doktor tekhnicheskikh nauk, professor. Okonchil s otlichiem Khar'kovskij aviatsionnij institut v 1985 g. Posle okonchaniya instituta do 2006 g. rabotal v Rossijskom federal'nom yadernom tsentre -- Vserossijskom nauchno-issledovatel'skom institute eksperimental'noj fiziki (g.Sarov) v oblasti sozdaniya voennoj tekhniki, a takzhe v oblasti matematicheskogo modelirovaniya ob'ektov slozhnikh energeticheskikh sistem grazhdanskogo naznacheniya. S 2006 g. po nastoyaschee vremya zanimaetsya resheniem problem visokotochnogo chislennogo modelirovaniya ob'ektov energetiki i truboprovodnogo transporta v ramkakh chastnikh kompanij. Professional'nie interesi: vichislitel'naya gidromekhanika, teoriya goreniya i matematicheskaya optimizatsiya. Avtor bolee 200 nauchnikh rabot, v tom chisle 12 monografij na russkom i anglijskom yazikakh.

Sergej Nikolaevich PRYaLOV

Kandidat tekhnicheskikh nauk. Okonchil s otlichiem Moskovskij gosudarstvennij inzhenerno-fizicheskij institut v 1998 g. Posle okonchaniya instituta do 2006 g. rabotal v Rossijskom federal'nom yadernom tsentre -- Vserossijskom nauchno-issledovatel'skom institute eksperimental'noj fiziki (g.Sarov) v oblasti matematicheskogo modelirovaniya gidrodinamicheskikh protsessov v truboprovodnikh i kanal'nikh sistemakh toplivno-energeticheskogo kompleksa. S 2006 g. po nastoyaschee vremya zanimaetsya visokotochnim chislennim modelirovaniem ob'ektov energetiki i truboprovodnogo transporta v ramkakh chastnikh kompanij. Professional'nie interesi: mekhanika gazov i zhidkostej, chislennie metodi mekhaniki. Avtor bolee 120 nauchnikh rabot, v tom chisle 7 monografij na russkom i anglijskom yazikakh.