Моделирование динамики трубопроводных систем нефтехимических производств

• Автор: Смирнов, Михаил Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРОБЛЕМЫ

1.1. Общая структура модели

1.2. Моделирования процессов переноса при течении в трубах

1.3. Модели неизотермических стационарных процессов переноса

1.4. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НЕСТАЦИОНАРНЫХ НЕ

ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТРУБОПРОВОДАХ

2.1. Общая математическая постановка задачи

2.2. Осесимметричное приближение

2.3. Одномерная модель

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕУСТАНОВИВШИХСЯ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИХ I ПЮЦЕССОВ В ТРУБОПРОВОДАХ
3.1. Моделирование динамики тепловых режимов
3.2. Моделирование динамики гидродинамического режима
3.3. Моделирование неустановившихся неизотермических режимов
ГЛАВА 4. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ
4.1. Модели элементов технологических трубопроводов
4.2. Модель сопряжения агрегатов системы трубопроводов
4.3. Имитационная модель перекачивания нефтепродукта
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


В частности, можно рассчитать такой теплогидравлический режим перекачивания, при котором устанавливается максимальное давление на выходе из насосной станции и минимально допустимое давление в конце, при условии соблюдения всех технологических ограничений и возможных оперативных вмешательствах. Приведенные в диссертации модели построены с учетом различных физически важных факторов, определяющих течение жидкости в трубопроводах, охватывают как медленно протекающий теплообмен в трубопроводе, так и быстро протекающие изменения, связанные с прохождением гидравлического удара по трубопроводу. Разработанные методы обеспечивают возможность расчета не только одиночных трубопроводов, но и трубопроводных систем. Они могут быть использованы для обоснования областей применения различных частных методик. ГЛАВА 1. Настоящий раздел посвящен первому этапу математического моделирования, а именно: описанию смысловой стороны модели динамики трубопроводной системы как химико-технологического агрегата (ХТА). В этой связи рассмотрены проблемы, возникающие при моделировании (описании) нестационарного и неизотермического процесса теплообмена в системе: перекачиваемая среда - стенка трубопровода - внешняя среда, что позволило сформулировать задачу настоящего исследования. Рассмотрим совокупности физико-химических эффектов и явлений,, имеющих место при течении непрерывной гомогенной среды в трубопроводе при наличии внешних воздействий . Можно-выделить четыре ступени иерархии этих эффектов: функционально-структурная единица, элементарные процессы, явления переноса, свойства обрабатываемой среды. Приведенные понятия объединяются в рамках функционально-структурной схемы, т. ХТА и функциональное назначение отдельных его элементов. Непосредственно анализ функционально-структурной схемы выходит за рамки первых четырех ступеней иерархии и предполагает комплексный технологический расчет и моделирование работы ХТА - соответственно пятая и шестая ступени иерархии. Следуя высказываниям академика В. В. Кафарова, впервые удалось перекинуть мост между физическим и математическим моделированием. Эта возможность как раз и связана с использованием иерархической структуры модели ХТА, которая предполагает выделение в нем областей с различными характерными пространственно-временными масштабами. На его основе формулируется математическое допущение о возможности параметрического описания возмущающего воздействия областей друг на друга и масштабов ХТА в целом. Структура математического описания каждой области строится на основании ее независимого физического моделирования с учетом обобщенных кинетических зависимостей предыдущего уровня. Расчет основных технологических параметров, учитывающий взаимодействие между областями с различными характерными пространственно-временными масштабами, осуществляется, исходя из удовлетворения законов сохранения массьт, импульса и энергии для всего ХТА в целом. В основу физического моделирования необходимо заложить параметры, являющиеся общими для областей с различными пространственно-временными масштабами. В то же время выбранные параметры должны просто интерпретироваться в математической модели При моделировании используют фундаментальные числа (критерии) подобия (критерии Рейнольдса, Прандтля, Фруда и т. Указанные критерии в общем случае необходимо определять для каждого пространственно-временного масштаба. Поэтому представляется целесообразным наряду с критериями подобия использовать еще и параметр, характеризующий энергетическое воздействие на среду при ее обработке (транспорте). В качестве этого параметра можно принять скорость диссипации энергии в единице массы среды. Значение скорости диссипации энергии сохраняется постоянным в рамках первых четырех ступеней иерархии ХТА. Согласно структуре математической модели, выделяются четыре пространственно-временных масштаба моделирования: на атомно-молекулярном уровне; на уровне надмолекулярных образований; на микроуровне; на макроуровне. Возможно также моделирование на метауровне, когда не имеется ярко выраженного пространственно-временного масштаба. Математическое описание должно быть достаточно простым и понятным, основываться на ясных физических предпосылках.