Диссертация (1145283), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Провести расчеты заполнения газопровода, расчеты выхода на новыйустановившийся режим эксплуатации газопровода на основе компьютерногомоделирования по программному комплексу п. 10.12. Создать математическую модель процесса сферически симметричного расширения слоя жидкости в условиях невесомости и модель поведениявнутреннего радиуса слоя при разных режимах подачи газа.13. Разработать алгоритмы решения гидродинамической и тепловой части модели расширения слоя жидкости в условиях невесомости, создать наоснове этих алгоритмов программу расчета внутреннего радиуса слоя и полейдавления, скорости и температуры в слое жидкости в процессе его расширения.Научная новизна и теоретическая значимостьпроведенного вдиссертации исследования. Представленный анализ различных термодинамических моделей поведения смеси газов при сверхвысоких давлениях, а также10сравнительный анализ использования в расчетах различных уравнений состояния, дает основу для выбора адекватного описания термодинамическихпроцессов при транспортировки природного сырья по морским газопроводамв широком диапазоне реальных условий.Расчет коэффициента гидравлического сопротивления по уравнениюКоулбрука–Уайта и по другим известным зависимостям не гарантирует точности его определения в реальных условиях.

Полученное в предложенной модели решение задачи идентификации по экспериментальным данным коэффициента гидравлического сопротивления и суммарного коэффициента теплообмена позволяет верифицировать расчет этих трудноопределяемых величин.Предложена новая математическая модель динамики оледенения поверхности в морской воде, включающая модифицированное условие Стефана иметодику выбора средней по слою солености нарастающего морского льда ирасчета его средних теплофизических характеристик. Обоснована возможность описания процесса нарастания морского льда на языке средних теплофизических характеристик в условиях ограниченности интервала изменениятемпературы и толщины слоя льда.

Эта математическая модель может бытьиспользована для широкого круга задач о нарастании морского льда.Научный интерес представляет проведенное исследование необходимыхи достаточных условий допустимости перехода от нестационарной моделиоледенения в морской воде к ее квазистационарному варианту.Ценность полученных аналитических решений ряда вариантов тепловыхпроцессов и процессов нарастания льда на многослойной стенке газопроводав морской воде состоит в возможности оценки с их помощью достоверностии приемлемой точности численных решений систем нелинейных уравнений вчастных производных, моделирующих оледенение реальных газопроводов вморской воде.Научный интерес представляет новая математическая модель и алгоритм ее численного решения, реализованный в виде программного комплекса, позволяющего рассчитать поведение давления, температуры, плотности,скорости потока и динамику нарастания морского льда при транспортировкисмеси газов по морским газопроводам в северных морях.11Предложенный новый алгоритм решения жесткого неавтономного нелинейного дифференциального уравнения, моделирующего поведение внутреннего радиуса движущегося и изменяющегося слоя жидкости, расширяет аппарат решения жестких систем обыкновенных дифференциальных уравнений.Методрешенияасимптотическогонелинейногосингулярно-возмущенного уравнения, моделирующего изменение внутреннего радиусарасширяющегося слоя жидкости, вносит вклад в теорию решения дифференциальных уравнений с малым параметром при старшей производной.Научный интерес в разработке новых технологий создания космическихзеркал представляет математическая модель процесса сферически симметричного расширения слоя жидкости в условиях невесомости и созданный набазе полученных в диссертации решений гидродинамической и тепловой части этой модели алгоритм расчета процесса расширения жидкого слоя дляразных режимов подачи газа.Практическая значимость работы обусловлена ее изначальной ориентацией на научно обоснованное решение двух крупных задач, имеющихважное хозяйственное значение в развитие страны.

Исследования диссертации явились продолжением научно-исследовательских работ, начатых в рамках договоров с ОАО «ГИПРОСПЕЦГАЗ» по расчету транспортровки газаот Штокмановского газоконденсатного месторождения в Баренцевом море ипо обоснованию реализуемости проектных решений по строительству СевероЕвропейского морского подводного газопровода, а также в рамках договорас Государственным Оптическим институтом им. С.И. Вавилова по расчетупроцесса получения полых сфер большого диаметра в условиях невесомости,предполагаемого использовать в технологии создания космических зеркал.Созданные в диссертации новые математические модели процессовтранспортировки газа по морским газопроводам в северных морях и программные комплексы «SGTM», «PIGTM», «Лед» и «SGPITM» вносят весомый вклад в разработку отечественных программных продуктов по моделированию процессов в нефтегазовой отрасли и в решение задач освоенияАрктики.Математическая модель и алгоритмы расчета внутреннего радиуса слоя12и полей давления, скорости и температуры в слое жидкости в процессе егорасширения в невесомости позволяют оценить реализуемость предложенногоподхода к созданию космических зеркал, определить требования к величинекоэффициента поверхностного натяжения материала жидкого слоя, требования к тепловому экранированию для поддержания температуры слоя вышетемпературы затвердевания материала.

Эти результаты имеют практическоезначение при разработке технологий с расширяющимися слоями.Модели нестационарных неизотермических процессов в движущихсямногофазных средах и алгоритмы численного решения систем уравненийэтих моделей, созданные в диссертации, частично вошли в учебные дисциплины «Гидродинамика», «Основы моделирования движущихся сплошныхсред», «Методы анализа устойчивости численных схем решения нелинейныхзадач» кафедры моделирования электромеханических и компьютерных систем (МЭКС) факультета ПМ–ПУ СПбГУ.

Также математические модели ипрограммные комплексы, разработанные в диссертации, используются автором в учебном процессе при руководстве курсовыми и выпускными квалификационными работами студентов, обучающихся по направлениям 220100– Системный анализ и управление и 01.04.02 – Прикладная математика иинформатика.Созданные в диссертации модели нестационарных неизотермическихпроцессов в движущихся многофазных средах и алгоритмы численного решения систем уравнений этих моделей используются при выполнении хоздоговорных работ, так например в настоящее время диссертант является ответственным исполнителем договора «Разработка алгоритмов программногообеспечения системы управления магистральными газопроводами» с ООО«Автовизус» (договор N 9.

19. 1263. 2016 от 01.08.2016).Методы исследования. При создании математических моделей нестационарных неизотермических процессов в движущихся многофазных средах,вычислительных алгоритмов и программных комплексов, представленных вдиссертации, использовались классические методы механики сплошных сред,газовой динамики, неравновесной термодинамики, теплофизики, математической физики, аналитический и численный аппарат теории дифференци-13альных уравнений, численный анализ, современные методы компьютерногомоделирования и современные компьютерные технологии.Положения, выносимые на защиту1.

Математическая модель нестационарного неизотермического турбулентного течения смеси газов по морским газопроводам, включающая учетсверхвысоких давлений, состава газовой смеси, нестационарности процессовтеплообмена; программный комплекс «SGTM» расчета стационарного варианта этой модели; решение задачи идентификации параметров модели, программный комплекс «PIGTM», реализующий этот алгоритм.2.

Математическая модель оледенения цилиндрической поверхности вморской воде и методика выбора средней солености нарастающего морскогольда и расчета его средних теплофизических характеристик. Модель нестационарного теплообмена потока газа с окружающей морской водой через многослойную стенку газопровода в условиях оледенения его внешней поверхности.3. Алгоритмы численных решений систем уравнений нестационарных иквазистационарных моделей теплообмена и динамики оледенения многослойных областей в морской воде, программный комплекс «Лед», реализующийэти алгоритмы. Новые аналитические решения ряда задач динамики оледенения и теплообмена.4.

Математическая модель транспортировки смеси газов по протяженному морскому газопроводу в северных морях при сверхвысоких давлениях, включающая модель динамики оледенения; эффективный алгоритм численного решения системы уравнений этой модели и программный комплекс«SGPITM», реализующий алгоритм решения.5. Исследование влияния рельефа трассы, конструктивных и теплофизических параметров газопровода, условий на входе в газопровод на поведениеосновных характеристик потока смеси газов в неустановившихся режимах течения. Практические рекомендации по выбору параметров режимов на основекомпьютерного моделирования по программному комплексу «SGPITM».6. Математическая модель неизотермического расширения сферическогослоя жидкости в условиях невесомости.147. Алгоритм решения жесткого неавтономного нелинейного дифференциального уравнения, моделирующего изменение внутреннего радиуса расширяющегося сферического слоя жидкости; асимптотическое решение нелинейного сингулярно-возмущенного уравнения динамики расширяющегося жидкого слоя; алгоритм численного решения уравнения конвективной теплопроводности в эйлеровых координатах на подвижной изменяющейся сетке.

Дифференциальное уравнение, моделирующее динамику средней по слою температуры и его приближенное аналитическое решение для одного из вариантовграничных условий проведения процесса расширения слоя жидкости. Решение задачи выбора режимов расширения сферического слоя в технологиисоздания космических зеркал.Достоверность новых математических моделей обеспечена корректным использованием аппарата механики сплошных сред, газовой динамики, неравновесной термодинамики и методов численного решения краевыхзадач матфизики; достоверность полученных аналитических решений обеспечена корректным использованием аппарата решения обыкновенных дифференциальных уравнений и совпадением в частных случаях с известнымианалитическими решениями задач оледения; достоверность численных решений подтверждается совпадением с результатами других авторов по расчетуряда вариантов неустановившегося течения в газопроводах; достоверность ипремлемая точность численных решений нелинейных систем уравнений моделей тепловых процессов и процессов оледенения многослойных областейподтверждена совпадением с высокой точностью этих решений с полученными в диссертации аналитическими решениями ряда упрощенных вариантовэтих моделей; достоверность результатов компьютерного моделирования посозданным программным комплексам подтверждена проверкой программныхкомплексов на известных тестовых задачах.Апробация работы.

Характеристики

Список файлов диссертации