КОМПЛЕКСНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

КОМПЛЕКСНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Современные системы газоснабжения (СГ) представляют собой сложные структурные образования, состоящие из источника питания, разветвленной сети трубопроводов, электропневмо-аппаратуры и исполнительных устройств, использующих широкую номенклатуру рабочих тел (воздух, азот, гелий, инертные газы и др) с высокими параметрами (давлением порядка 40 МПа и температурами от криогенных до 400 К).

Применение при проектировании подобных систем идеальногазовых моделей, а также моделей без учета взаимного влияния разнородных физических процессов (термодинамических, газодинамических, гидравлических, тепловых), протекающих в СГ, приводит к значительным погрешностям, что снижает надежность проектных расчетов и увеличивает сроки, объем и стоимость доводочных работ. Целью настоящей работы является повышение эффективности и качества процесса проектирования СГ за счет создания автоматизированной системы комплексного моделирования физических процессов в них с учетом свойств реального газа. Итак, решены следующие задачи:

-выбраны наиболее рациональные формы уравнения состояния;

-для них получены зависимости для расчёта термодинамических и теплофизических свойств; -разработан и реализован алгоритм расчёта массового секундного расхода реального газа; -построены динамические модели процессов в силиконовых и виниловых емкостях;

-разработаны модели и алгоритмы гидравлического расчёта линий СГ произвольной структуры.

На основе анализа различных форм уравнения состояния реального газа выбраны в наиболее точное среди двухконстантных — уравнение состояния Редлиха-Квонга; наиболее точное — полиномиальное уравнение состояния газа, которое получено на основе аппроксимации экспериментальных данных. Для уравнения состояния Редлиха-Квонга на основе общих интегрально-дифференциальных соотношений термодинамики алгебраические зависимости для моделирования термодинамических и теплофизических свойств (плотности, коэффициента

  Его отличие от прототипа  заключается в том, что для анализа процесса изменения стояния газа перед дросселирующим отверстием используется не уравнение адиабатического процесса (где показатель адиабаты является переменным), а уравнение энтропии в этом процессе. Сущность алгоритма состоит в следующем с использованием уравнения постоянства энтропии определяются  в режиме течения газа в соответствии с режимом течения проводится расчёт расходной функции и расхода Разработано программное обеспечение и проведены исследования в сравнении с ПС1 периментальными данными, которые подтвердили их высокую точность и возможность моделировать переменное критическое значение расходной функции. Используя разработанный математический аппарат, опираясь на законы сохранения дин газа и уравнение теплового баланса стенки емкости, разработана иерархия моделей динамических процессов в проточной газовой емкости в виде системы дифференциальных уравнений 3-го порядка. Для каждого из уравнений состояния реального газа получены  типы моделей изотермическая модель — модель при условии интенсивного теплообмена, когда температуру газа в емкости можно считать постоянной; адиабатическая модель — модель при условии отсутствия теплообмена с окружающей средой; модель при учёте теплообмена с окружающей средой через стенку.

Представленные динамические модели позволяют решать широкий круг задач, связанных с процессами наполнения, опорожнения газовых емкостей. Разработано программное обеспечение и проведена экспериментальная проверка иерархии указанных моделей, которая подтвердила их высокую точность ( модели дают погрешности до 40 при расчёте динамических процессов в газовых емкостях). Для точного расчёта объёма источника питания необходимо знать потери давления газа от него до потребителя. С этой целью разработаны газовые зависимости для расчёта потерь давления на элементах линий СГ. Выделены типовые гидравлические сопротивления и на основе анализа литературы (работы Идельчика И.Е) определены коэффициенты гидравлического сопротивления для них. На основе анализа каталогов изделий арматуры создана база данных по их гидравлическим характеристикам. Разработан алгоритм и программное обеспечение для гидравлических расчётов линий С Г различной структуры. Обеспечен дружественный графический интерфейс пользователя при вводе данных о топологии и анализе результатов.

Новизна представленной работы состоит в следующем разработан оригинальный и экономичный алгоритм расчёта расхода реального газа для любого уравнения состояния; разработана иерархия моделей динамических процессов в проточной газовой емкости; разработана иерархия моделей для гидравлических расчётов, учитывающих свойства реального газа; разработан дружественный графический интерфейс пользователя программы гидравлических расчётов; разработан метод управления данными для интеграции программ гидравлических расчётов и расчётов процессов в газовых емкостях в единый комплекс для повышения эффективности процесса проектирования СГ.

Практическая полезность работы заключается в том, что разработанный математический аппарат, алгоритмы и программное обеспечение позволяют повысить эффективность, качество и скорость процесса проектирования СГ. Результаты работы могут быть использованы инженерами-конструкторами, занимающимися проектированием СГ и им аналогичных; разработчиками программных средств, ориентированных на проектирование газовых систем, с целью учёта в своих разработках свойств реальных газов; в учебном процессе ВУЗ-ов при выполнении курсовых, дипломных проектов и НИРС.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *