Диссертация (1145283), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Результаты исследований по теме диссертациибыли представлены и обсуждались на различных конференциях, на заседаниях научных школ и на научных семинарах: Всеросийском семинаре по аэрогидродинамике (2008 г.), на международной научно-практической конференции «Шестые Окуневские чтения», на XXXV III, XXXIX и XL междуна-15родных научных конференциях аспирантов и студентов «Процессы управления и устойчивость», на международной научной конференции по механике«V Поляховские чтения», на семинаре «Компьютерные методы в механикесплошных сред» (Computer Methods in Continuum Mechanics), на 47-й международной научной конференции аспирантов и студентов «Процессы управления и устойчивость», на международной научно-практической конференции «Восьмые Окуневские чтения», на XLV международной научной конференции аспирантов и студентов «Процессы управления и устойчивость»(CPS’14), на международной конференции «Computer Technologies in Physicaland Engineering Applications (ICCTPEA), 2014 International Conference on»,на международной научной конференции по механике «Седьмые Поляховские чтения», на 3-й международной конференции «Устойчивость и процессы управления», посвященной 85-летию со дня рождения профессора, чл.корр.
РАН В. И. Зубова (5–9 октября 2015 г), на международной конференции Physica. SPb/2016, на международной конференции «Суперкомпьютерные технологии математического моделирования» (SCTEMM 2016).Результаты работы докладывались на научном семинаре кафедры теплофизических основ судовой энергетики Санкт-Петербургского государственного морского технического университета, также результаты работы неоднократно докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедрывычислительных методов механики деформируемого тела, кафедры моделирования электромеханических и компьютерных систем факультета прикладной математики–процессов управления Санкт-Петрбургского государственного университета, а также на кафедре гидроаэромеханики математико–механического факультета Санкт-Петрбургского государственного университета.
В 2011 году работа автора была отмечена стипендией Президента Российской Федерации.Замечание. В каждой главе диссертации принята сквозная нумерацияформул, таблиц и рисунков, первая цифра указывает номер главы. Чтобы незагромождать текст, указание параграфов в формулах опущено.16Глава 1Моделирование неустановившихся турбулентныхтечений смеси газов при сверхвысоких давленияхпо морским газопроводам1.1. Обзор математических моделейтранспортировки газа по трубопроводамТехнико-экономическое обоснование проектируемых морских газопроводов, оценка состояния эксплуатируемых газопроводов, исследование вопросовбезопасности и влияния морского газопровода на экологическую ситуацию вакватории, разработка компьютерных тренажеров требуют создания адекватных математических моделей транспортировки газа по морским газопроводам.Решению задач о течении газа по трубам посвящено огромное количестворабот.
Начало исследований положено в классических работах К.П. Станюковича, Г.Н. Абрамовича, И.А. Чарного, Л.С. Лейбензона, Д. Гидаспова, Р.И.Нигматулина, И.П. Гинзбурга, Л.Г. Лойцянского, Л.И. Седова, С.С. Кутателадзе, С.К. Годунова, О.Ф. Васильева, А.Ф. Воеводина, Л.
Прандтля, Т.Кармана, И. Никурадзе, А. Дж. Рейнольдса, А. Шиллера, Г. Шлихтинга имногих других отечественных и зарубежных ученых. В области моделирования трубопроводных систем отметим работы А.Д. Альтшуля, О.Ф. Васильева, М.Е. Дейча, И.Е. Идельчика, С.Н. Прялова, С.А. Сарданашвили, В.Е.Селезнева, М.Г. Сухарева, А.Д. Тевяшева.На сегодняшний день многие модели транспортировки газа по трубопроводам доведены до программных комплексов, например, Fluent, «Star-CD»(Великобритания), «ANSYS CFX» (США) и др.
Из отечественных разработок отметим пакеты «CorNet» и «AMADEUS» [1], [2], программный комплекс«АСТРА» [3]. Все программные комплексы представляют собой сложные системы, имеющие многоступенчатые структуры, включающие формализацию17задачи, расчетный модуль, графический интерпретатор результатов вычислений.Одним из лидеров по моделированию процессов в нефтегазовой отрасли считается компания SPT Group (Норвегия). Известный норвежский программный комплекс «OLGA» предназначен для моделирования установившихся и неустановившихся течений многофазных потоков в скважинах итрубопроводах. ПК «OLGA» используется инженерами во многих странахмира при моделировании, анализе и оптимизации транспортировки газов потрубопроводам.
ПК «OLGA» непрерывно совершенствуется и уточняется.Широкое распространение коммерческих пакетов создает иллюзию того, что с их помощью можно решить большинство практических задач. Вдействительности это не совсем так, поскольку каталоги математических моделей и разностных схем их решения, используемые в этих пакетах, далеки от совершенства. Для сложных задач построение адекватных математических моделей транспортировки газа не завершено. Кроме того, применимость той или иной математической модели в конкретном случае для сложных многофакторных задач является предметом самостоятельного исследования.
Нетривиальным моментом является и выбор численных алгоритмоврешения уравнений математической модели. Наиболее распространенные изних — метод конечных разностей, метод конечных объемов, метод конечных элементов и спектральный метод — обладают своими преимуществамии недостатками. Так, например, метод конечных элементов опирается на вариационную задачу о минимуме ошибки аппроксимации искомого решениябазисными функциями, а не на исходные уравнения модели. Он эффективенпри решении задач механики деформируемого твердого тела, но для решениязадач газовой динамики и теплообмена его эффективность не очевидна.Поэтому даже наличие таких программных комплексоа, как ПК«OLGA», не позволяет говорить о завершении задачи моделирования транспортировки газа в общем случае.
При решении инженерных задач ПК«OLGA» необходимо адаптировать к конкретным условиям. Например, прииспользовании ПК «OLGA» для подготовки Штокмановского проекта пришлось от версии 5.3 ПК «OLGA» дойти до версии 7.1. В нормативных документах ОАО «Газпром» особо подчеркивается, что для каждой конкретной18задачи расчета и проектирования газопроводов требуется доработка как коммерческих пакетов, так и лицензионных программ «OLGA», PipeSim с учетомспецифики задачи.О незавершенности задачи моделирования сложных процессов транспортировки газа по современным газопроводам говорит и непрекращающийсяпоток публикаций по этой теме.
Предлагаемые в работах модели основанына тех или иных упрощающих допущениях, таких как: одномерность процессов, их стационарность, изотермичность, несжимаемость потока, возможность пренебрежения силами инерции и т.п. Содержательный обзор многихпубликаций последних десятилетий приведен, например, в работе СелезневаВ.Е., Алешина В.В., Прялова С.Н.
[1].Дополнительные сложности возникают при моделировании морских газопроводов, особенно в северных морях. Задача эта на сегодняшний деньвесьма актуальна, поскольку одним из основных вариантов доставки добываемого на морском шельфе газа до берега является его транспортировка поморским газопроводам, поскольку она экономически выгоднее. По оценкампрофессора А.Ф. Андреева из РГУ НиГ им. И.М.Губкина транспортировкаединицы объема газа по морским газопроводам составляет 3.32 доллара, атранспортировка единицы объема газа танкерами составляет 4.40 долларов.Примеры морских газопроводов: газопровод от месторождения Брентдо терминала в шотландском городе Сэнкт-Фергюссон (протяженностью 447км), газопровод в Южно-Китайском море от газоконденсатного месторождения Ячэн (протяженностью 420 км), двухниточный газопровод сырого газа отместорождения Фригг в Северном море (протяженностью 330 км), морскойгазопровод от месторождения Bassein в Индии (протяженностью 213 км).Для Штокмановского газоконденсатного месторождения в Баренцевомморе также проектируется вариант доставки добываемого природного газапо морскому газопроводу.В начале 21 века в России подготовлен проект глубоководного газопровода Россия — Турция («Голубой поток») через акваторию Черного морядлиной 396 км, рассчитанный на давление 25.0 МПа [4].
Основная часть газопровода пролегает на глубине примерно 2150 м и подвержена действиюнаружного давления около 22 МПа.19В 1997 году начались подготовительные работы по строительству морского участка Северо-Европейского газопровода в Балтийском море: проведены научные исследования, на основе которых был определен примерныймаршрут газопровода. Строительство газопровода началось в декабре 2005года.Символическое открытие «Северного потока» состоялось в ноябре 2011.В октябре 2012 года была введена в строй вторая ветка газопровода «Северный поток».
В сентябре 2015 года было подписано соглашение о расширениимощностей «Северного потока» (проект «Северный поток-2»). Этим проектом предусматривается строительство еще двух ниток газопровода по днуБалтийского моря.Из всего сказанного следует актуальность задачи моделирования процессов транспортировки смеси газов по морским газопроводам.В заключении краткого обзора приведем две наиболее известные моделитранспортировки газов по сухопутным и по морским газопроводам.Модель I. Одномерная нестационарная неизотермическая модельтранспортировки неидеального сжимаемого газа по трубам была предложена и исследована в книге О.Ф. Васильева, Э.А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
