28 Фев

ПРИМЕНЕНИЕ И РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Современными методами математического и компьютерного моделирования проведено исследование прямых и обратных задач трубопроводного транспорта при воздействии экстремальных факторов внешней среды.

В последние десятилетия значительное внимание уделяется проблемам повышения эффективности, интенсификации  систем трубопроводного транспорта, что непосредственно связано с повышением их прочности, надеж-ности, ресурса [1-4] .  Современные подходы к решению данных проблем связаны с развитием методов математического и компьютерного моделирования  на основе адекватных моделей функционирования трубопроводного транспорта при воздействии экстремальных факторов внешней среды, и принятия на этой основе оптимальных решений   [5-9]. Значительная протяженность трубопроводных систем, прокладываемых по территориям, характеризующимися различными климатическими условиями, высокой сейсмической активностью, экстремальными перепадами температур,  приводит к необходимости предусматривать дополнительные возможности  обеспечения требуемых режимов функционирования трубопроводного транспорта.

В условиях значительного перепада экстремальных температур необходимо также учитывать зависимость основных параметров транспортируемых сред от температуры, а также влияние такой зависимости на режимы транспортировки.

Одним из перспективных направлений повышения эффективности функционирования трубопроводных  систем в условиях большой их протяженности, многообразия   климатических и геофизических условий эксплуатации,  является применение при их проектировании и эксплуатации полимерных и  композиционных материалов.  В последние десятилетия, в связи с разработкой новых композиционных материалов  с широким разнообразием физико-механических и химических свойств возникает проблема разработки физической и геометрической структуры трубопроводной системы, обеспечивающей наиболее эффективный режим транспорта в условиях экстремальных факторов внешней среды [10-15].

При проектировании конструкции стенок трубопроводных систем учитываются действующие на трубопроводную систему нагрузки. Одновременный учет нескольких нагрузок приводит к тому, что конструкция стенок трубопроводных систем, как правило,  становится многослойной. Показано, что физико-механическая и геометрическая структура неоднородных трубопроводных  систем  оказывает существенное влияние на режимы транспорта. Проектирование и разработка слоисто-неоднородных покрытий из композиционных материалов позволяет создавать композиции, одновременно  сочетающие высокие химические и механические свойства, не достижимые для однослойных покрытий. Направленный выбор физической и геометрической структуры покрытий из композиционных материалов позволяет достигать  значительного синергетического эффекта в улучшении свойств композиционных неоднородных покрытий по сравнению с однослойными.  Увеличение числа слоев слоисто-неоднородного композиционного покрытия может позволить существенно улучшить его физико-механические свойства, а также разрабатывать композиционные покрытия, в которых отсутствуют характерные недостатки покрытий, имеющих меньшее число слоев.

В соответствии с этим, возникает важная проблема направленного выбора физической и геометрической структуры как самой трубопроводной  системы, так и физической и геометрической структуры внешних и внутренних композиционных покрытий, обеспечивающей наиболее эффективный режим функционирования трубопроводных систем  в условиях неблагоприятных сочетаний экстремальных факторов внешней среды [13-16].

В качестве моделей функционирования трубопроводных  систем  в условиях экстремальных факторов внешней среды, в рассматриваемой вариационной постановке, принята система уравнений неразрывности, состояния, сохранения энергии и  импульса. [8, 17].  Исследуемая вариационная постановка связана с  проблемой направленного выбора физической и геометрической структуры как самой трубопроводной системы, так и физической и геометрической структуры внешних и внутренних композиционных покрытий, обеспечивающей наиболее эффективный режим функционирования трубопроводной системы  в условиях неблагоприятных сочетаний экстремальных факторов внешней среды. Вводимая система критериев качества  формулирует комплекс требований, обеспечивающих  наиболее эффективный режим функционирования трубопроводной  системы  в условиях экстремальных факторов внешней среды.

На основе современных методов математического и компьютерного моделирования  проведено исследование качественных закономерностей процесса транспорта нефти по трубопроводной системе при различном уровне ее теплоизолирующей способности. Разработана методика  численного моделирования функционирования трубопроводного транспорта позволяющая проводить всестороннее исследование особенностей функционирования трубопроводного транспорта  в условиях экстремальных климатических факторов с учетом зависимости определяющих параметров транспортируемой среды от температуры.

Разработанная методика позволяет проводить изучение функциональных распределений  распределение температуры и давления в трубопроводе  в зависимости от параметров задачи, а также исследовать влияние на режимы транспортировки экстремальных факторов внешней среды.

Вычислительный анализ показал высокую эффективность оптимальных решений в сформулированных многокритериальных задачах оптимизации режимов трубопроводного транспорта в вариационной постановке при воздействии экстремальных факторов внешней среды по сравнению с неоптимальными.

На рис. 1 приведен  график двумерного распределения температуры нефти в трубопроводной системе  T=T(x,t) при  выборе оптимальной двухслойной структуры теплоизоляции для случая экстремально  низкой отрицательной температуры внешней среды  Tн=-450 С.

 

               

         Рис. 1. График двумерного распределения температуры нефти в трубопроводной системе  T=T(x,t) при  выборе оптимальной двухслойной структуры теплоизоляции для   случая экстремально   низкой отрицательной  температуры внешней среды Tн= — 450 С.

 

Разработанные вариационные постановки многокритериальных задач оптимизации трубопроводного транспорта, методы их решения позволяют осуществлять эффективное управление режимами функционирования трубопроводного транспорта на основе оптимального выбора физической и геометрической структуры трубопроводных систем. Это открывает новые потенциальные возможности достижения наиболее эффективных режимов транспорта на стадии функционирования трубопроводной системы в условиях действия экстремальных факторов внешней среды.

 

Список литературы. 1. Харионовский В.В. Надежность и ресурс конструкций газопроводов. М.: Недра, 2000.-467 с. 2.  Галиуллин З.Т., Леонтьев Е.В. Интенсификация магистрального транспорта газа. М.: Недра, 1991.-272 с. 3. Шаммазов А.М.  Расчет и обеспечение прочности трубопроводов,  т. 1, 2, М.: Недра, 2006. 4. Зайнуллин Р.С. Ресурс элементов трубопроводных систем, Уфа, 2005.-836 с.  5. Рекач Ф.В. Расчет допустимых динамических нагрузок на трубопровод//Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 2008, № 1, с. 62-63. 6. Гусейнзаде М.А. Математические модели волнового течения в сложной трубопроводной системе. М.: Нефть и газ, 1989.  7. Балышев О.А., Таиров Э.А. Анализ переходных и стационарных процессов в трубопроводных системах. Н.:Наука, 1998. -164 с.  8. Лурье М.В. Математическое моделирование процессов трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа М.: Нефть и газ, 2003. -336 с.  9. Азизов Б.Б., Федосеев А.В. Задачи многокритериальной оптимизации планирования добычи газа и построения сети трубопроводов. М. ВЦ АН СССР, 1988.  10. Богомольный В.М. Оптимальное проектирование  оболочек машин, трубопроводов, агрегатов. М.:МГУС, 2003. 223 с. 11. Рекомендации по расчету  трубопроводов из многослойных труб на динамические нагрузки. М.:ВНИИСТ, 1982. 12. Борисов Б.И. Защитная прочность изоляционных покрытий подземных  трубопроводов. М.: Недра, 1987. 13. Гусев Е.Л. Качественные закономерности взаимосвязи параметров в оптимальных структурах в задачах оптимального синтеза неоднородных структур из дискретного набора материалов при волновых воздействиях //Доклады РАН, 1996, т.346, № 3, с. 324-326. 14. Гусев Е.Л. Качественные закономерности структуры оптимальных решений в задачах оптимального синтеза многослойных конструкций при воздействии упругих волн//Доклады РАН,1998, т. 368, № 1, с.53-56.  15. Гусев Е.Л., Бакулин В.Н., Марков В.Г. Оптимальное проектирование конструкций из композиционных и традиционных материалов. М.: Наука-Физматлит, 2008.-256 с. 16. Гусев Е.Л. Методы численного расчета и оптимального проектирования систем трубопроводного транспорта при воздействии экстремальных факторов внешней среды// Сб. статей XI Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования , разработка и применение высоких технологий  в промышленности»,  Санкт-Петербург, ПТИ, 2011, т.1,  с. 334-338. 17.  Термогидродинамика систем транспорта. Н. Наука, 1988.

ПРИМЕНЕНИЕ И РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
Written by: Гусев Евгений Леонидович
Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
Date Published: 05/06/2017
Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.02.2015_02(11)
Available in: Ebook