Моделирование торможения однонаправленного потока невязкой сжимаемой жидкости в трубопроводе при его перекрытии

• Автор: Палишкин, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Математические модели нестационарных течения сжимаемой

жидкости в пневмогидравлических системах

1.1. Роль возмущений давления в аварийности пневмогидравлических систем.

1.2. Особенности моделирования торможения сжимаемой жидкости .

1.3. Математические модели однонаправленного неустановившегося течения невязкой сжимаемой жидкости.

1.3.1. Линейные модели

1.3.2. Нелинейные модели одномерного неустановившс

гося течения невязкой сжимаемой жидкости

1.3.3. Применение группового анализа при моделировании течений невязкой сжимаемой жидкости.
1.4. Возможные краевые условия.
1.5. Экспериментальные исследования гидравлических ударов
1.6. Цели и задачи исследования
Глава 2. Математическое моделирование торможения невязкой сжимаемой жидкости в трубопроводе на базе аналитических решений
2.1. Уравнения однонаправленного движения сжимаемой жидкости в трубопроводе с учтом массовых сил.
2.1.1. Течение при торможении сжимаемой жидкости в трубопроводе
2.1.2. Преобразование и свойства используемой системы уравнений.
2.2. Краевые условия.
2.3. Аналитические решения уравнений однонаправленного движения невязкой сжимаемой жидкости.
2.3.1. Аналитические решения, описывающие первичную волну давления
2.3.2. Определение констант в частных решениях уравнения для первичной волны давления
2.3.3. Обобщнные решения уравнения для первичной
волны давления.
2.4. Граничное условие в концевом сечении трубопровода
2.5. Результаты расчтов для модели бесконечно протяжнного трубопровода
2.5.1. Результаты расчтов торможения газообразной сжимаемой жидкости.
2.5.2. Результаты расчтов торможения капельной сжимаемой жидкости в бесконечном трубопроводе
2.6. Выводы но второй г лаве.
Глава 3. Математическое моделирование торможения невязкой сжимаемой жидкости в трубопроводе с использованием численных методов .
3.1. Моделирование распространения первичной волны давления в трубопроводе конечноразностными методами
3.2. Моделирование нестационарного течения невязкой сжимаемой жидкости с учтом отражнных волн сеточнохарактеристическим методом
3.3. Тестирование численных методов при помощи точных решений системы Эйлера
3.3.1. Тестирование явных конечноразностных схем
3.3.2. Тестирование неявных конечноразностных схем .
3.4. Результаты расчетов процесса торможения невязкой сжимаемой жидкости в системе источник жидкос ти трубопровод клапан
3.5. Временные характеристики перекрытия трубопровода, удовлетворяющие ограничениям на время перекрытия и приращение давления.
3.6. Выводы по третьей главе.
Глава 4. Экспериментальное исследование переходного процесса при
торможении потока в системе мкостьтрубопроводклапан
4.1. Цель экспериментов. Состав и описание материальной
4.2. Варианты установок для испытаний клапанов.
4.3. Системы управления стендом и регистрации параметров
4.4. Результаты экспериментов
4.5. Сравнение результатов моделирования и экспериментов
4.6. Выводы по четвртой главе.
Основные выводы и результаты исследования.
Список литерату


Следствиями роста давления при гидроударс является рост динамических напряжений стенок трубопроводов и других элементов пневмогидравлической системы ПГС, ведущий к их износу вплоть до разрушения. Механические разрушения сосудов, трубопроводов и конструкций при перепадах внутреннего давления называются Международным бюро труда по предупреждению крупных аварий как одна из ведущих причин повреждения оборудования ПГС . Гидроудары в технологических агрегатах АЭС могут иметь весьма серьзные последствия, вплоть до останова АЭС на длительный срок. В США эта проблема постоянно привлекает внимание ИКС комиссии по ядерному регулированию 2, 2. Основная часть инцидентов и аварий приходится на конденсационные гидроудары, среди которых наиболее опасны возникновения жидкостных снарядов в трубопроводах при благоприятных условиях для быстрой конденсации паровой фазы например, впрыск недогретой жидкости в заполненную паром трубу. На АЭС с реакторами ВУ с кипящей водой и Р ВВЭР доля трубопроводов в оборудовании, в котором возможны конденсационные гидроудары, составляет не менее . Кроме того, 7 трубопроводов подвержены воздействию нагрузок при классическом гидроударе при быстром перекрытии сечения, обесточивании и заклинивании насосов. В 2 описывается авария на блоке 3 АЭС i i США. МВт работал на уровне номинальной мощности, когда потребовалось отключить насос для устранения небольшой течи. Однако это привело к возникновению гидроудара и разрушению трубопровода слива сепарата. Выход из разрывов вскипающего конденсата привл к срабатыванию системы пожаротушения. В результате машинный зал был залит водой в объме до 0 м3. Эти события привели к останову реактора и отключению блока от энергосистемы. Авария была локализована без ущерба для персонала и окружающей среды, однако блок находился в ремонте почти три недели. Другой конденсационный гидроудар на паропроизводящей установке завода по обогащению плутония в Хенфорде США, штат Вашинггон 7 июня г. Широкую известность получила трагедия на СаяноШушенской ГЭС августа г. В 9 приведены результаты испытаний на деривационный гидроудар ГЭС Перучика в Черногории с расходом воды в туннеле всего лишь не более ,2 м3с. Несмотря на наличие предохранительных колпаков и длительное время закрытия игольчатого клапана турбины сек при перепаде высот 5 м давление воды достигало 5, МПа. Основная причина гидроударов в нефтедобыче прорывы газа из нефтяного пласта, вызывающие работу глубинного насоса в холостом режиме и быстрое закрытие обратного клапана . Аналогично возникают гидроудары при добыче воды из артезианских скважин. Статистика свидетельствует, что в среднем в одном нефтегазодобывающем управлении имеют место до подобных аварий в год. Гидроударные проявления известны и в литейном деле . Количество установок автоматического сливаналива в России составляет около 8 тысяч. Изза влияния волновых процессов эксплуатационные издержки на одной установке производительностью 8 лс достигают стоимости тонн нефтепродуктов в год. Аварии на установках сливаналива часто сопровождаются экологическим ущербом. Точность наливной дозы в них зависит от времени закрытия запорного клапана. Чем оно меньше, тем точнее производится налив. В автоматизированной системе налива АСН5П с диаметром гидромагистрали 0 мм используются отсечные клапаны КДП7Н со временем закрытия около 0, с. По данным , с. МПа, оснащнной воздушным колпаком, амплитуда гидроудара достигает 2,1 МПа. МПа . Вероятность гидроударов в системах заправки морских танкеров особенно велика, поскольку длина магистралей в них составляет согни метров, в отдельных случаях несколько километров, Следовательно, фаза гидроудара будет превышать время срабатывания клапана. Разрыв длинного трубопровода сопровождается сбросом больших объмов нефти в акваторию порта . В коммунальном хозяйстве, по данным Сурина, исследование причин аварий, произведнное ленинградским отделением ВОДГЕО , показали, что аварий разрывов трубопроводов или арматуры произошли изза гидравлических ударов, и лишь от всех прочих причин просадки грунта, высокие нагрузки на трубы и др.