авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

2

В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов

СОВРЕМЕННЫЕ

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТРЕНАЖЕРЫ

В ТРУБОПРОВОДНОМ

ТРАНСПОРТЕ

Математические методы

моделирования и практическое

применение

МОСКВА – 2007

3

УДК 621.64:519.8

ББК 39.71-022:22.18

С29

Селезнев В.Е., Алешин В.В., Прялов С.Н.

С29 Современные компьютерные тренажеры в трубопроводном транспорте: математические методы моделирования и практиче ское применение/ Под ред. В.Е. Селезнева. – М.: МАКС Пресс, 2007. – 200 с.

ISBN 978-5-317-01862-7 В монографии содержатся рекомендации по использованию методов математического моделирования физических процессов, протекающих в трубопроводных системах, для раз работки современных компьютерных тренажеров диспетчерского и эксплуатационного персонала предприятий трубопроводного транспорта. Рассматриваемые методы позволяют проводить обучение специалистов трубопроводного транспорта эффективной работе при штатном и нештатном функционировании сетей трубопроводов, включая аварийные си туации. Их практическое применение иллюстрируется примерами построения и работы тренажеров, созданных на базе высокоточных газодинамических и прочностных симуля торов трубопроводных систем.

Текст монографии содержит анализ влияния глубины упрощений в методах моделиро вания физических процессов, определяющих состояние и функционирование трубопро водных сетей, на выработку правильных навыков безопасной работы диспетчерского и эксплуатационного персонала газовой, нефтяной, химической и нефтехимической отрас лей промышленности, а также энергетики.

Книга может оказаться полезной научным работникам, преподавателям вузов и аспи рантам, занимающимся вопросами математического моделирования трубопроводных се тей, а также построением и практическим применением соответствующих компьютерных тренажеров для обучения специалистов топливно-энергетического комплекса. Материал доступен студентам старших курсов вузов.

Табл. 26. Ил. 149. Библиогр. 85 назв.

УДК 621.64:519. ББК 39.71-022:22. © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, ISBN 978-5-317-01862- УВАЖАЕМЫЕ ЧИТАТЕЛИ! ВАШЕМУ ВНИМАНИЮ ПРЕДЛАГАЕТСЯ АВТОРСКАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ ТЕКСТА МОНОГРАФИИ:

Селезнев В.Е., Алешин В.В., Прялов С.Н. Современные компьютерные тренажеры в трубопроводном транспорте:

математические методы моделирования и практическое применение / Под ред. В.Е. Селезнева. – М.: МАКС Пресс, 2007. – 200 с.

ЭТА ВЕРСИЯ РЕГУЛЯРНО СОПРОВОЖДАЕТСЯ В.Е.

СЕЛЕЗНЕВЫМ, В.В. АЛЕШИНЫМ И С.Н. ПРЯЛОВЫМ, НАЧИНАЯ С ЯНВАРЯ 2007 ГОДА. ВСЕ ОТЛИЧИЯ ТЕКСТА АВТОРСКОЙ ВЕРСИИ ОТ ВАРИАНТА ТЕКСТА, ОПУБЛИКОВАННОГО В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «МАКС ПРЕСС», МОСКВА, ОТМЕЧЕНЫ ЖЕЛТЫМ МАРКЕРОМ.

ПОСЛЕДНИЕ ПРАВКИ В ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕКСТ БЫЛИ ВНЕСЕНЫ В МАРТЕ 2007 ГОДА.

ВСЕ ПРАВА НА ПРЕДСТАВЛЕННУЮ ЭЛЕКТРОННУЮ ВЕРСИЮ ПРИНАДЛЕЖАТ В.Е. СЕЛЕЗНЕВУ, В.В. АЛЕШИНУ И С.Н. ПРЯЛОВУ.

Оглавление Предисловие.......................................................................................................... Список основных используемых сокращений.

......................................... ГЛАВА МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ ДЛЯ СПЕЦИАЛИСТОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА 1.1. Общие замечания.............................................................................................. 1.2. О концепции построения тренажеров исследовательского типа................. 1.3. Характеристика и структура тренажеров на базе компьютерных симуляторов ГТС.............................................................................................. ГЛАВА МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ТРЕНАЖЕРОВ 2.1. Однониточный газопровод.............................................................................. 2.2. Многониточный газопровод............................................................................ 2.3. Компрессорная станция................................................................................... 2.4. Газотранспортное предприятие....................................................................... 2.5. Математические методы снижения затрат на транспортирование природного газа по ГТС................................................................................... ГЛАВА МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОЧНОСТНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ 3.1. Краткое описание теоретических основ компьютерного прочностного тренажера.......................................................................................................... 3.2. Некоторые замечания по применению универсальных МКЭ-программ для анализа прочности магистральных трубопроводов..................................... © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 4 Оглавление ГЛАВА НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕРЫ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ 4.1. Общие замечания........................................................................................... 4.2. Описание практического применения компьютерного газодинамического тренажера........................................................................................................ 4.2.1. Учебно-тренировочная задача 1 «Определение управляющих воздействий при возрастании приведенного объемного расхода газа на выходе ГТС»................................................................................... 4.2.2. Учебно-тренировочная задача 2 «Определение управляющих воздействий при возрастании расхода газа на отборе «Pick1» в ГТС»...................................................................................................... 4.2.3. Учебно-тренировочная задача 3 «Определение управляющих воздействий при снижении давления газа на входах ГТС «IN1» и «IN2»»................................................................................................... 4.2.4. Учебно-тренировочная задача 4 «Определение управляющих воздействий при задании ограничений на максимальное рабочее давление транспортируемого газа для участка ГТС»....................... 4.2.5. Учебно-тренировочная задача 5 «Определение управляющих воздействий для поддержания режима работы ГТС при отключении участка сети»........................................................................................ 4.3. Описание практического применения компьютерного прочностного тренажера........................................................................................................ 4.3.1. Учебно-тренировочная задача 1 «Анализ прочности участка ЛЧМГ при наличии стандартных параметров коррозионного дефекта»... 4.3.2. Учебно-тренировочная задача 2 «Анализ прочности дефектного участка ЛЧМГ при наличии расширенного набора данных о геометрии поверхности коррозионного дефекта»............................ 4.3.3. Дополнительные замечания по комплексу учебно-тренировочных задач КПТ............................................................................................. Заключение......................................................................................................... Список литературы........................................................................................ Приложение Моделирование транспортирования природного газа как многокомпонентной газовой смеси на примере ООО «Томсктрансгаз»

Бойченко А.Л., Киселев В.В., Прялов С.Н., Селезнев В.Е.................................. © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Предисловие Предупреждение аварийных ситуаций и эффективное управление промыш ленными трубопроводными системами топливно-энергетического комплекса являются актуальными задачами устойчивого развития промышленности в но вом веке. В свете поставленных проблем качественное обучение специалистов трубопроводного транспорта навыкам оптимальной и безаварийной эксплуата ции трубопроводных сетей служит одним из наиболее важных инструментов повышения промышленной безопасности энергетических объектов и снижения затрат на их функционирование.

Представляемая вниманию читателей монография продолжает серию пуб ликаций в отечественной научно-технической литературе, посвященных проблемам создания и применения компьютерных тренажерных комплексов для обучения специалистов, эксплуатирующих трубопроводные системы и управляющих транспортными потоками внутри них.

Основное содержание монографии посвящено подходам к выбору методов математического моделирования, позволяющих достоверно описывать физиче ские процессы функционирования сетей промышленных трубопроводов и составляющих фундамент расчетных ядер современных компьютерных трена жеров для специалистов трубопроводного транспорта. Особое место в книге занимает анализ влияния глубины упрощений в рассматриваемых методах на выработку научно-обоснованных навыков безопасной работы диспетчерского персонала предприятий трубопроводного транспорта.

Исследуемые методы математического моделирования физических процес сов функционирования трубопроводных систем при обучении специалистов трубопроводного транспорта на компьютерных тренажерах позволяют вырабо тать у них правильные и устойчивые навыки эффективной работы в штатных, нештатных и аварийных ситуациях. Их практическое применение в моногра фии иллюстрируется примерами построения и работы тренажеров, созданных на базе высокоточных газодинамических и прочностных симуляторов трубо проводных систем.

Представленный в данной работе материал разделен на четыре Главы и од но приложение.

Первая глава монографии посвящена обсуждению методологических ас пектов построения современных компьютерных тренажеров для подготовки диспетчерского и эксплуатационного персонала трубопроводного транспорта.

В данной главе обосновывается целесообразность использования высоко точных газодинамических и прочностных симуляторов промышленных трубопроводных систем для обучения вышеуказанных специалистов. В этом случае современный компьютерный тренажер будет представлять собой одно из направлений применения высокоточных компьютерных симуляторов, при котором вводятся некоторые специализированные надстройки над их интер фейсными оболочками. Такие надстройки направлены на расширение основных функций газодинамических и прочностных симуляторов, но только в © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 6 Предисловие части реализации современной методологии обучения персонала топливно энергетического комплекса.

В первой главе также представлены некоторые аргументированные крити ческие замечания авторов монографии, касающиеся ранних трактовок концепции построения учебных тренажеров исследовательского типа.

Во второй главе описываются подходы и даются некоторые рекомендации по выбору математических моделей и методов их численного анализа для по строения расчетных ядер современных компьютерных газодинамических тренажеров для обучения диспетчерского персонала газотранспортных пред приятий. Глава содержит подробный критический анализ ряда методов математического моделирования транспортирования природного газа по тру бопроводным сетям, используемых в настоящее время в газовой отрасли.

Основной целью этого анализа является привлечение внимания читателей к необходимости адекватного моделирования транспортирования газов с точки зрения разработки указанных тренажеров. Их построение на базе необоснован но упрощенных математических методов моделирования 1 способствует выработке у диспетчерского персонала ошибочных навыков решения произ водственных задач, которые могут привести к созданию серьезных аварийных ситуаций в трубопроводном транспорте. Помимо упрощений, приводящих к неверному описанию физических процессов в трубопроводной сети, при по строении расчетных ядер тренажеров также следует уделять значительное внимание согласованности математических моделей течений газа в трубопро водной системе. Простой компиляционный подход к разработке сложных моделей, эпизодически встречающийся в современных публикациях по чис ленному анализу режимов функционирования газотранспортных сетей, как правило, приводит к недостоверным оценкам параметров транспортирования природного газа.

В третьей главе излагаются подходы к прочностному анализу трубопро водных систем, реализуемые в процессе построения компьютерных прочностных тренажеров. Кратко формулируются основные положения, на ко торых базируются модели и алгоритмы численного анализа методом конечных элементов сложного нелинейного напряженно-деформированного состояния и оценки прочности трубопроводных конструкций. Затем процедуры численно го моделирования более подробно рассматриваются на примере алгоритмов трех этапов вычислительной технологии анализа сложного напряженно деформированного состояния подземных участков линейных частей магист ральных трубопроводов с коррозионными дефектами стенок труб. Особое внимание в данной главе уделяется вопросам автоматизации процессов подго товки и ввода исходных данных, построения и анализа конечно-элементных моделей, интерпретации и представлению результатов численного моделиро вания трубопроводов. В завершение главы приводятся замечания по вопросу К сожалению, нередко необоснованные упрощения методов моделирования усугубляются много численными ошибками и опечатками при их описании в научно-технической литературе, что значительно затрудняет их практическую реализацию в качестве расчетных ядер соответствующих компьютерных тренажеров.

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Предисловие практического применения современных методов и средств численного анали за прочности трубопроводов.

Четвертая глава посвящена описанию практического применения совре менных газодинамических и прочностных компьютерных тренажеров исследовательского типа в учебном процессе с целью повышения квалифика ции диспетчерского и эксплуатационного персонала среднего звена газовой или нефтяной промышленности. Рассматриваемые в этой главе газодинамиче ский тренажер «Alfargus/DispatcherTrainingSystem» и прочностной тренажер «Alfargus/StructuralTrainingSystem» были построены на базе компьютерной аналитической системы «Alfargus».

Изложение материала в четвертой главе производится на примерах поста новки и решения серий учебно-тренировочных задач. Оно сопровождается большим объемом графических иллюстраций и многочисленными подробными пояснениями. При этом, учитывая общую направленность настоящей моногра фии, основное внимание уделяется описанию результатов работы расчетных ядер указанных выше компьютерных тренажеров в процессе решения конкрет ных учебно-тренировочных задач (в том числе решаемых в режиме реального времени с помощью интерактивного общения «обучаемый специалист – ком пьютерный тренажер»). Реализация на практике функций тренажеров, с помощью которых преподаватель контролирует и управляет процессом обуче ния, в этой главе практически не рассматривается.

Основной материал книги дополняется одним приложением. В данном приложении представлены некоторые примеры практического применения ме тодов моделирования газотранспортных предприятий, рассматриваемых в настоящей монографии и используемых при создании компьютерных газоди намических тренажеров.

Идея, концепция и детальный план-проспект рукописи данной монографии были сформулированы В.Е. Селезневым. Также В.Е. Селезневым была осуще ствлена научная редакция монографии и научное руководство подготовкой материалов рукописи. Личный вклад титульных авторов заключается в разра ботке и написании следующих глав и разделов 1: В.Е. Селезнев – главы 1, 2, (за исключением раздела 4.3) и приложение;

В.В. Алешин – глава 3 и раздел 4.3;

С.Н. Прялов – глава 2, разделы 1.2, 1.3, 4.2 и приложение. Помимо титуль ных авторов в написании данной монографии участвовали:

• Бойченко Александр Леонидович (описание результатов практического применения современных компьютерных газодинамических тренажеров диспетчерского персонала газотранспортных предприятий (см. разделы 4.2.1 – 4.2.5, приложение));

• Дикарев Константин Игоревич (описание структуры и результатов прак тического применения компьютерного прочностного тренажера эксплуатационного персонала магистральных трубопроводных систем (см.

Если одни и те же главы, разделы и приложение указаны у нескольких авторов, то они написаны ими в соавторстве.

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 8 Предисловие раздел 4.3 (за исключением раздела 4.3.3)));

• Киселев Владимир Владимирович (описание результатов практического применения современных компьютерных газодинамических тренажеров диспетчерского персонала газотранспортных предприятий (см. разделы 4.2.1 – 4.2.5, приложение));

• Кобяков Вячеслав Владимирович (описание структуры и результатов прак тического применения компьютерного прочностного тренажера эксплуатационного персонала магистральных трубопроводных систем (см.

раздел 4.3 (за исключением раздела 4.3.3)));

• Кузнецов Олег Сергеевич (описание структуры тренажеров диспетчерского персонала на базе высокоточных компьютерных газодинамических симуля торов (см. разделы 1.2, 1.3)).

Авторы выражают искреннюю благодарность своим коллегам Алексею Сергеевичу Комиссарову, Ирине Алексеевне Скитевой, Андрею Викторовичу Юлину, Оксане Ивановне Зеленской и Михаилу Евгеньевичу Мешкову за по мощь в подготовке и оформлении рукописи монографии для опубликования.

Авторы благодарят коллектив Издательства ООО «МАКС Пресс» за внима тельное отношение и высоко профессиональную работу по изданию монографии.

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Список основных используемых сокращений АВО – аппарат (-ы) воздушного охлаждения;

ГДС – высокоточный компьютерный газодинамический симулятор режимов транспортирования природного газа через трубопроводную сеть газотранспортного предприятия (или фрагменты трубопроводной сети газотранспортного предприятия);

ГДТ – компьютерный газодинамический тренажер для обучения диспетчерского персонала газотранспортного предприятия на базе ГДС;

ГТС – газотранспортная система;

ГКМ – газоконденсатное месторождение;

ГПА – газоперекачивающий (-ие) агрегат (-ы) на КС (КЦ);

ГПК – газоперерабатывающий (-ие) комплекс (-ы);

ГРС – газораспределительная (-ые) станция (-ии);

ГУ – граничное (-ые) условие (-ия);

ДП – динамическое программирование;

КС – компрессорная (-ые) газоперекачивающая (-ие) станция (-ии);

КПС – высокоточный компьютерный прочностной симулятор критических участков трубопроводных сетей предприятий трубопроводного транспорта;

КПТ – компьютерный прочностной тренажер для обучения эксплуатационного персонала предприятий трубопроводного транспорта на базе КПС;

КЦ – компрессорный (-ые) газоперекачивающий (-ие) цех (-и);

КЭ – конечный (-ые) элемент (-ы);

КЭ-анализ – конечно-элементный анализ;

КЭ-модель – конечно-элементная модель;

ЛПУ МГ – линейное (-ые) производственное (-ые) управление (-я) магистральными газопроводами;

ЛЧМГ – линейная (-ые) часть (-и) магистральных газопроводов;

МГ – магистральный (-ые) газопровод (-ы);

МДТТ – механика деформируемого твердого тела;

МКЭ – метод конечных элементов;

МКЭ-программа (-ы) – компьютерная (-ые) программа (-ы), реализующая (-ие) МКЭ;

НГКМ – нефтегазоконденсатное месторождение;

НДС – напряженно-деформированное состояние;

НП – нелинейное программирование;

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 10 Список основных используемых сокращений ПМК – программно-математический комплекс;

ПУ – пылеуловитель (-и);

СНАРН – система (-ы) нелинейных алгебраических равенств и неравенств;

СНАУ – система (-ы) нелинейных алгебраических уравнений;

ТГ – технологический (-ие) газопровод (-ы) на КС (КЦ);

ТЭК – топливно-энергетический комплекс;

ТЭС – тепловая (-ые) электрическая (-ие) станция (-ии);

УРС – уравнение (-ия) состояния;

УТЗ – учебно-тренировочная (-ые) задача (-и);

ЦН – центробежный (-ые) нагнетатель (-и) ГПА;

SCADA-система – Supervisory Control And Data Acquisition System.

Символьные обозначения, применяемые в формулах, оговариваются особо в каждой главе монографии.

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, ГЛАВА Методологические аспекты построения современных компьютерных тренажеров для специалистов трубопроводного транспорта 1.1. Общие замечания В начале нового века руководство и ведущие специалисты отраслей топ ливно-энергетического комплекса (ТЭК) обратили серьезное внимание на проблемы предупреждения аварийных ситуаций в трубопроводных сетях и снижения затрат на транспортирование продуктов по трубопроводам. Одним из основных способов решения поставленных задач является обучение специа листов трубопроводного транспорта навыкам безаварийного оптимального управления газовыми, жидкостными и многофазными потоками, а также спо собам достоверной оценки фактического состояния трубопроводов по данным технической диагностики.

Быстрый и эффективный процесс обучения может быть построен на базе широкого использования так называемых тренажерных комплексов. Здесь сле дует подчеркнуть, что создание тренажеров и компьютерных обучающих систем для обеспечения промышленной безопасности функционирования ма гистральных и промысловых трубопроводов выделено Ростехнадзором в качестве одной из приоритетных задач развития российских добывающих от раслей промышленности [1].

В отечественной научно-технической литературе методы построения и ис пользования компьютерных тренажеров для обучения специалистов трубопроводного транспорта рассматриваются с конца прошлого века [2–6].

Здесь следует отметить работу Л.И. Григорьева, С.А. Сарданашвили и В.А.

Дятлова [4], которая по своей сути является одним из первых систематизиро ванных описаний постановки проблемы и путей ее решения применительно к задачам диспетчеризации трубопроводных сетей газотранспортных предпри ятий.

Фокусировка изложения материала в монографии [4] на проблемах диспет черизации объясняется практическим отсутствием специальных учебных заведений, осуществляющих подготовку диспетчерского персонала в газовой отрасли. Поэтому, по мнению авторов работы [4], возникла необходимость в компенсации сложившейся ситуации за счет интенсивной подготовки специа листов-диспетчеров в рамках повышения квалификации с использованием компьютерных тренажеров. Такой подход дает возможность учесть особенно сти диспетчерской деятельности, которая по своей сути является творческой и требует умения быстро анализировать текущую ситуацию, диагностировать сбои в работе сети и планировать последствия своих действий по управлению © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 12 Методологические аспекты построения компьютерных тренажеров трубопроводной системой [5].

Основой для построения и эксплуатации компьютерных тренажеров служит системный анализ. Он предусматривает комплексные исследования не только газотранспортной системы (ГТС) как объекта управления, но и системы обуче ния, что означает определение целей и критериев образовательного процесса.

Основная задача преподавателя в этом случае сводится к поддержанию позна вательной активности обучающегося и организации совместной творческой работы [6].

Опираясь на вышесказанное, одно из центральных мест в настоящей моно графии будет занимать изложение современных подходов к построению компьютерных тренажеров для диспетчерского персонала газотранспортных предприятий и диспетчерских служб линейных управлений магистральными газопроводами (ЛПУ МГ). Как известно, оперативное регулирование физиче ских параметров процесса транспортирования природного газа обеспечивает его плановую подачу потребителям при условии минимизации энергетических затрат. В связи с этим следует более детально рассмотреть технологическую сущность задач контроля и управления магистральными газопроводами (МГ).

Для достижения данной цели воспользуемся материалами работ [4, 7, 8].

Одной из основных задач диспетчерского управления газотранспортным предприятием является балансирование объемов газа как в текущем режиме, так и в перспективном плане. Другой важной задачей диспетчерских служб предприятия является планирование расходов топливного газа и электрической (а в ряде случаев и тепловой (например, при использовании на компрессорных станциях установок рекуперативного цикла)) энергии для составления топлив но-энергетического баланса.

Диспетчерская служба газотранспортного предприятия контролирует: вы полнение плана по транспортированию природного газа;

его распределение между потребителями;

технологические режимы работы газопроводов;

эконо мичность функционирования основного оборудования трубопроводной сети предприятия. Она следит за оптимизацией режимов транспортирования газа, выполнением графиков ремонтных работ основного оборудования компрес сорных и газораспределительных станций, ликвидацией аварий на газопроводах, газодинамическим состоянием труб и ходом подготовки новых потребителей к приему газа.

Опираясь на вышесказанное, можно выделить следующие основные функ ции диспетчерской службы газотранспортного предприятия [8]:

• поддержание заданного технологического режима транспортирования при родного газа;

• контроль величин и изменений эксплуатационных параметров технологиче ского оборудования компрессорных и газораспределительных станций, а также контроль положений кранов на крановых площадках линейных час тей магистральных газопроводов (ЛЧМГ);

• контроль выполнения планов приема газа от поставщиков и выдачи его по требителям в соответствии с руководящими указаниями, а также контроль планово-предупредительных ремонтных работ технологического оборудо © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 1 вания;

• оперативное обнаружение аварийных ситуаций на газопроводах и содейст вие в их ликвидации и локализации последствий;

• документирование текущей обстановки в газотранспортной сети предпри ятия в твердых копиях и электронном виде;

• передача в центральные диспетчерские службы данных о технологических параметрах объектов трубопроводной сети и учетной информации о работе оборудования.

Задача диспетчера многоцеховой компрессорной станции (КС), как прави ло, сводится к контролю и анализу работы газоперекачивающих агрегатов (ГПА), а также к поддержанию такого режима их функционирования, который обеспечит заданные требования к перекачке газа при минимальных затратах на компримирование. Контроль режима работы КС заключается в анализе соблю дения технологических ограничений.

На уровне диспетчерской службы ЛПУ МГ осуществляются контроль и ре гулирование газопотребления [4]. Давление природного газа на входе газораспределительной станции (ГРС) должно быть не ниже определенного значения, поскольку пропускная способность такой станции зависит от давле ния газа на ее входе при постоянном давлении на ее выходе.

Итак, кратко ознакомившись с задачами диспетчерского управления газо транспортным предприятием, вернемся к изначально обсуждаемой проблеме – построению и использованию компьютерных тренажеров для обучения и по вышения квалификации специалистов, эксплуатирующих трубопроводные системы ТЭК. Парк существующих для этих целей тренажерных комплексов довольно многогранен. Здесь можно выделить универсальные и специализиро ванные тренажеры с виртуальными или реальными аппаратными интерфейсами пользователя [9]. В работе [4] различают два обобщенных типа тренажеров: полномасштабные тренажеры, отображающие реальную обста новку работы эксплуатационного персонала, и компьютерные исследовательские тренажеры.

Тренажеры первого типа, как правило, используются для подготовки де фектоскопистов ТЭК, операторов бурильного оборудования, ремонтного персонала. Замена реальных объектов (например, фрагментов дефектных труб), составляющих основу полномасштабных тренажеров, на их виртуальные ана логи может позволить частично или полностью преобразовать тренажеры первого типа в исследовательские тренажеры.

Тренажеры второго типа до настоящего времени в основном предназнача лись для подготовки специалистов в области управления технологическими процессами, то есть, для подготовки диспетчерского персонала [4]. Здесь сле дует особо отметить, что данные тренажеры также могут использоваться эксплуатационным персоналом ТЭК для выработки навыков работы, например, по оценке прочности трубопроводов при переизоляции или при проведении экскавации по результатам выполнения внутритрубной дефектоскопии.

В соответствии с предложенной в работе [4] классификацией, основное со © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 14 Методологические аспекты построения компьютерных тренажеров держание данной монографии будет посвящено теоретическим аспектам по строения расчетных ядер и интерфейсных оболочек современных тренажеров исследовательского типа.

1.2. О концепции построения тренажеров исследовательского типа Впервые наиболее полно концепция построения компьютерных тренажеров исследовательского типа (далее по тексту – тренажеров) была сформирована в теоретических и методических разработках С.А. Сарданашвили, Л.И. Григорь ева и В.А. Дятлова [2, 4, 6, 7]. Они изложили ее применительно к созданию тренажеров для диспетчерского персонала газотранспортных предприятий.

Практическая ценность предложенной концепции возросла с бурным развити ем методов математического моделирования и совершенствованием компьютерной техники.

С конца прошлого века в практику численного решения производственных задач трубопроводного транспорта В.Е. Селезневым было введено понятие высокоточного компьютерного симулятора функционирования трубопровод ных сетей. Следует отметить, что под высокой точностью компьютерных симуляторов здесь подразумевается наиболее достоверное описание и прогно зирование реальных процессов в системах трубопроводов, которое можно обеспечить современным уровнем развития методов математического модели рования, технической диагностики и доступной специалистам ТЭК компьютерной техники.

Решение многих проблем, возникающих при транспортировании природно го газа от места его добычи до потребителя, требует проведения газодинамического анализа работы трубопроводной системы газотранспортно го предприятия. Эти практические задачи можно формализовать в виде набора задач математического моделирования безопасного и оптимального транспор тирования природного газа через газотранспортное предприятие:

• численное моделирование номинальных и нештатных режимов течений гомогенных вязких сжимаемых теплопроводных многокомпонентных газо вых смесей по разветвленной сети пространственно распределенных длинных многониточных многосекционных трубопроводов с учетом дина мики изменения параметров течения газа на границах ГТС, динамики работы кранов на крановых площадках ЛЧМГ, возможных разрывов ниток и т.д.;

• численное моделирование номинальных, переходных и аварийных режимов функционирования сетей КС c учетом отборов природного газа потребите лями, работы кранов на крановых площадках ЛЧМГ и режимов работы каждой КС сети;

• научно-обоснованная оптимизация текущих стационарных и нестационар ных режимов транспортирования природного газа по трубопроводной сети с учетом динамики отборов природного газа потребителями, работы кранов © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 1 на крановых площадках ЛЧМГ и необходимости предотвращения помпаж ных явлений в нагнетательном оборудовании и прилегающих трубопроводах каждой КС;

• оперативный численный анализ параметров действующих номинальных режимов течений по сети КС и прогнозирование оптимальных квазиста ционарных и нестационарных режимов транспортирования природного газа по ГТС;

• прогнозирование и научно-обоснованная оптимизация параметров безо пасных стационарных и нестационарных режимов транспортирования природного газа через индивидуальную КС или сеть КС;

• численное моделирование законов нагружения стенок трубы от внутренне го давления, температуры и веса многокомпонентной газовой смеси или двухфазной среды, транспортируемой по трубопроводу, для оценки проч ности трубопровода, и т.д.

Приближенные решения перечисленных задач можно получить в результате использования компьютерных программ, построенных на базе упрощенных моделей течений газов по системам труб и нагнетательных элементов. Широ кий список этих программ представлен, например, в работах [7–11].

Такие решения, как правило, приводят к достаточно грубым оценкам газо динамических параметров транспортирования природного газа и построению малодостоверных прогнозов режимов функционирования газоперекачивающе го оборудования ГТС. Подобный подход не позволяет адекватно описывать поведение трубопроводной сети, что способствует выработке у обучаемых диспетчеров неверных производственных навыков, которые впоследствии приводят к неэффективному управлению транспортированием газа, а в худшем случае – к созданию нештатных или аварийных ситуаций.

Здесь также следует отметить, что, в отличие от упрощенных подходов к моделированию, корректный численный анализ физических процессов в тру бопроводной сети существенно повышает глубину изучения диспетчерским персоналом эффективных и безопасных методов управления транспортированием газа. Это происходит за счет демонстрации перед обу чаемым специалистом всей сложности взаимосвязанного влияния одиночных или комплексных управляющих воздействий на изменение параметров нестационарного неизотермического течения газа в разветвленной трубопроводной системе.

В работах В.Е. Селезнева и его учеников (см., например, [12–14]) убеди тельно доказано, что современный уровень развития математической физики, численного моделирования, компьютерной техники и аппаратно-программного оснащения газотранспортных предприятий требует для решения поставленных производственных проблем разработки и эксплуатации специализированных компьютерных аналитических систем. Такие системы должны обеспечивать высокоточные расчетные оценки:

• фактических распределений (во времени и по длине трубопроводов) газо динамических параметров для полного спектра режимов © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 16 Методологические аспекты построения компьютерных тренажеров транспортирования газовых смесей по протяженной разветвленной ГТС;

• фактических распределений (во времени) основных параметров работы оборудования ГТС, при условиях адекватного моделирования:

• газовых течений по трубопроводам;

• функционирования газоперекачивающего оборудования;

• работы запорно-вентильной арматуры;

• динамики отборов смеси потребителями;

• динамики притоков смеси от поставщиков, и т.д.

Требование адекватности моделирования также предполагает корректное опи сание влияния изменений состояния окружающей среды на рассчитываемые параметры ГТС и учет возможности возникновения аварийных разрывов или течей трубопроводов. Высокая точность оценок параметров транспортирова ния газа будет обеспечиваться в результате:

1) научно-обоснованной минимизации глубины необходимых упрощений и допущений при построении математических моделей газовых течений по разветвленным трубопроводам и агрегатам на основе адаптации полных ба зовых моделей газовой динамики;

2) научно-обоснованной минимизации глубины необходимых упрощений и допущений при построении расчетной схемы моделируемой трубопровод ной сети конкретного газотранспортного предприятия или его фрагментов;

3) совершенствования методов анализа построенных математических моделей по результатам теоретического исследования их сходимости и оценки воз можных погрешностей решения;

4) научно-обоснованного учета взаимного влияния компонентов трубопро водной сети при моделировании ее функционирования;

5) научно-обоснованного подбора интегральных распределенных константных характеристик ГТС конкретного газотранспортного предприятия или его фрагментов;

6) подробного моделирования и анализа технологий и диспетчерских приемов управления транспортированием природного газа для конкретного газо транспортного предприятия или его фрагментов;

7) автоматизированной математической фильтрации случайных и системати ческих погрешностей в исходных данных, и т.д.

По предложению В.Е. Селезнева, компьютерные аналитические системы, удовлетворяющие перечисленным выше требованиям, принято называть высо коточными компьютерными газодинамическими симуляторами газотранспортного предприятия (или его фрагментов) (ГДС). При этом ГДС должен быть обязательно ориентирован на его применение:

1) при построении краткосрочных и долгосрочных научно-обоснованных про © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 1 гнозов оптимальных и безопасных режимов установившегося и неустано вившегося транспортирования природного газа при обязательном выполнении производственных заданий и контрактных обязательств кон кретного газотранспортного предприятия;

2) при разработке программно-аппаратных комплексов предотвращения или раннего обнаружения аварийных ситуаций в трубопроводной сети.

В общем случае ГДС для конкретного газотранспортного предприятия строится в результате объединения математических моделей КС в единую мо дель трубопроводной сети газотранспортного предприятия с использованием моделей ЛЧМГ. При этом модели КС в соответствии с их технологическими схемами строятся в результате объединения моделей ГПА, аппаратов воздуш ного охлаждения (АВО) и пылеуловителей (ПУ) с помощью математических моделей технологических газопроводов (ТГ).

Управление модельным транспортированием природного газа через КС и их сети осуществляется подачей управляющих команд: на изменение частот вращения валов ГПА или их включение/выключение;

на изменение углов по ворота направляющих устройств в центробежных нагнетателях (ЦН) газоперекачивающих агрегатов;

на открытие или закрытие кранов на КС и кра новых площадках ЛЧМГ;

на изменение объемов потребления газа промышленными предприятиями и социальными объектами;

на изменение за даний по редуцированию газа в узлах редуцирования;

на изменение заданий на ГРС;

на изменение заданий на режимы работы АВО.

При укрупненном рассмотрении структурной организации ГДС, его можно условно разделить на три взаимосвязанные части. Первой составляющей ГДС является построенная из типовых сегментов расчетная схема ГТС, минимально отличающаяся от топологии реальной сети с учетом размещения кранов, усло вий прокладки труб, технологических схем КС в сети и т.д. Его вторая часть представляет собой базу данных, содержащую исходную и текущую информа цию о параметрах трубопроводов, технологических режимах, правилах управления транспортированием природного газа для конкретного газотранс портного предприятия и т.д. Оперативная информация в базу данных ГДС поступает от SCADA-систем (Supervisory Control And Data Acquisition System), эксплуатирующихся на конкретном газотранспортном предприятии. Третьей частью ГДС является программно-математический комплекс, оперирующий двумя первыми составляющими ГДС и предназначенный для:

• построения с помощью базы исходных данных расчетных схем ГТС;

• численного анализа расчетных схем ГТС в соответствии с технологически ми режимами и правилами управления транспортированием природного газа, принятыми на данном предприятии.

Характерными примерами таких программно-математических комплексов (ПМК) являются «Alfargus/PipeFlow» и его прототипы – «CorNet» и «AMADEUS».

Программно-математический комплекс «CorNet» был разработан во второй половине 90-х годов прошлого века для численного решения задач механики © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 18 Методологические аспекты построения компьютерных тренажеров газов и жидкостей в промышленных сетях длинных трубопроводов. Как отме чалось в работе [12], ПМК «AMADEUS» является специализированной ограниченной по функциональным возможностям версией «CorNet», созданной под руководством и при непосредственном участии авторов монографии для Диспетчерского центра Международной газотранспортной компании «SPP, a.s.» (Словакия – Германия – Франция).

В ГДС помимо расчетного ядра входит компьютерная интерфейсная обо лочка, которая позволяет ускорить обучение и облегчить работу диспетчеров с ГДС. Функции системы управления базами данных в ГДС, как правило, рас пределены между расчетным ядром ГДС и его интерфейсной оболочкой.

В завершение краткого знакомства с типовой структурой ГДС следует от метить, что в работе [8] было введено понятие «комплекс моделирования и оптимизации режимов работы газотранспортной сети». В соответствии с фор мулировкой данного понятия, ГДС также можно отнести к комплексам моделирования и оптимизации режимов работы газотранспортной сети. При этом ГДС, с учетом работ [12, 15], представляет собой заключительную стадию развития данных комплексов. В настоящее время все перечисленные в работе [8] комплексы, построенные на базе программ «AСТРА», «САМПАГ», «SIMONE», «Ингир», «ОКМ» и т.д., не обладают функциональными возмож ностями, позволяющими отнести их к высокоточным компьютерным газодинамическим симуляторам.

В качестве примера ГДС можно привести «GDS-AMADEUS v. 4.2», постро енный на базе программно-математического комплекса «CorNet» и сданный в эксплуатацию для решения производственных задач Диспетчерского центра компании «SPP, a.s.» в 2003 году [12, 16–19]. Для краткого знакомства с его функциональными возможностями целесообразно воспользоваться предло женной О.С. Кузнецовым и С.Н. Пряловым классификацией, которую можно распространить не только на «GDS-AMADEUS v. 4.2», но и на большинство современных ГДС.

По данной классификации, в соответствии с монографией [12], вводятся следующие связанные группы функциональных задач ГДС (рис. 1.1):

• оперативный контроль параметров транспортирования природного газа;

• оперативное обнаружение аварийных ситуаций;

• оптимизация параметров транспортирования газа;

• планирование режимов транспортирования газа;

• исключение нештатных ситуаций в трубопроводных сетях;

• прогнозирование параметров безопасного и оптимального функционирова ния трубопроводной сети;

• реконструкция и разработка (проектирование) газотранспортной сети;

• тренинг и обучение диспетчерского персонала.

Остановимся на каждом пункте представленного списка более подробно.

Классификатор «Оперативный контроль» обозначает, прежде всего, ста © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 1 ционарный или нестационарный численный анализ распределения физических параметров процесса транспортирования газа по трубопроводной системе (в случае ГДС «GDS-AMADEUS v. 4.2» – это ГТС компании «SPP, a.s.»).

Рис. 1.1. Упрощенная классификация производственных задач, решаемых с использованием ГДС Автоматизированное сравнение результатов численного анализа и данных натурных измерений, полученных с помощью SCADA-системы, позволяет распознавать нештатные (и/или предаварийные) ситуации на ранних стадиях их зарождения. Также это сравнение дает информацию для оценки достоверно сти функционирования отдельных датчиков SCADA-системы. Помимо перечисленного, оперативный контроль с использованием ГДС позволяет по строить функциональные зависимости для оценок распределений во времени и пространстве недостающих (по результатам измерений) параметров транспор тирования газа (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Структурная схема классификатора «Оперативный контроль»

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 20 Методологические аспекты построения компьютерных тренажеров Классификатор «Оперативное обнаружение» обозначает функции ГДС, которые задействуются после поступления сигнала о возникновении нештат ной (аварийной) ситуации (см. описание классификатора «Оперативный контроль») и предназначены для обнаружения (рис. 1.3):

• разрывов трубопроводов;

• утечек газа (по анализу дисбаланса расхода);

• нарушения заданных ограничений (технологических, эксплуатационных, конструктивных и т.д.).

Рис. 1.3. Структурная схема классификатора «Оперативное обнаружение»

Набор задач ГДС, объединенных под классификатором «Оптимизация», включает в себя определение параметров оптимального функционирования газотранспортной сети в стационарных и нестационарных режимах. Он на правлен на улучшение энергетических (а, следовательно, экономических) показателей работы ГТС, а также на снижение вредной нагрузки от ГТС на окружающую среду (например, выбросов продуктов сгорания топливного га за). Также оптимизация может использоваться при проектировании сети для выбора ее оптимальной конфигурации и проектных параметров (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Структурная схема классификатора «Оптимизация»

Классификатор «Планирование» объединяет функции ГДС, необходимые для построения диспетчерских графиков (рис. 1.5).

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 1 Рис. 1.5. Структурная схема классификатора «Планирование»

Классификатор «Исключение нештатных ситуаций» содержит функции ГДС, связанные с расследованием нештатных (и/или аварийных) ситуаций, произошедших на объектах ГТС. Применение ГДС в этом случае направлено на разработку рекомендаций по предотвращению подобных ситуаций в буду щем. К рассматриваемым функциям ГДС относятся (рис. 1.6): выявление возможных сценариев возникновения и развития аварий;

комплексное рассле дование аварийных ситуаций;

оценка последствий аварий (например, оценка объема выброса газа при разрыве трубопровода или оценка влияния возмож ных нарушений технологических ограничений, связанных с аварией, на состояние оборудования ГТС).

Рис. 1.6. Структурная схема классификатора «Исключение нештатных ситуаций»

Классификатор «Прогнозирование» объединяет функции ГДС, направлен ные на получение планируемых режимов (краткосрочного или долгосрочного, установившегося или неустановившегося) функционирования ГТС при отсут ствии или наличии управляющих воздействий (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Структурная схема классификатора «Прогнозирование»

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 22 Методологические аспекты построения компьютерных тренажеров Газодинамический симулятор может использоваться при проектировании новых участков газотранспортной сети и реконструкции уже эксплуатирую щихся. При этом проектировщик имеет возможность проанализировать работу ГТС (за счет моделирования режимов ее функционирования) до ее реального воплощения. Такие функции ГДС объединяются классификатором «Реконструкция и разработка (проектирование) ГТС» (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Структурная схема классификатора «Реконструкция и разработка (проектирование) ГТС»

Раскрытию содержания классификатора «Тренинг» посвящена настоящая монография. Из представленного описания функциональных возможностей ГДС, а также материалов работ [12, 15], следует, что ГДС может служить базой построения тренажеров для тренинга и обучения диспетчерского персонала. По своей сути это не противоречит подходу к построению тренажеров, предло женному в работах [4, 10], и является одним из многочисленных направлений использования ГДС.

Рассмотрим возможность применения высокоточных компьютерных проч ностных симуляторов критических участков трубопроводных сетей предприятий трубопроводного транспорта (КПС) в качестве основы для по строения тренажеров.

Компьютерный прочностной симулятор, обеспечивающий проведение опе ративного анализа фактического напряженно-деформированного состояния (НДС) участков трубопроводной сети, позволяет решить проблему исследова ния во времени отклика трубопроводной системы на изменяющиеся режимы эксплуатации и внешние воздействия. Таким образом, данный симулятор по зволяет осуществлять текущий прочностной мониторинг участков трубопроводной сети.

Функциональные возможности КПС определяются уровнем производи тельности вычислительной техники. Современная производительность компьютеров не позволяет создавать КПС, которые могли бы оперативно от слеживать НДС протяженных трубопроводных систем ТЭК. Однако прочностной симулятор эффективно используется для оперативной оценки прочности отдельных участков трубопроводной системы. В качестве критиче ских участков, как правило, выступают участки, аварийное разрушение которых приведет к максимально тяжелым последствиям, а также участки с переменными воздействующими факторами и с изменяющимся техническим состоянием.

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 1 Основные цели, на которые направлено создание КПС, можно представить в виде:

• повышение пожарной и промышленной безопасности трубопроводных кон струкций предприятий трубопроводного транспорта вследствие своевременной выработки управленческих решений, основывающихся на достоверной оценке фактических запасов прочности труб;

• повышение экономичности трубопроводного транспорта (эксплуатация «по состоянию», которая предусматривает переход от регламентного ремонтно технического обслуживания оборудования к обслуживанию с учетом ре ального технического состояния каждой его единицы).

Для обеспечения возможности постоянного мониторинга прочности КПС должен обладать соответствующей функциональной структурой. Первым эле ментом КПС является построенная с использованием универсальных сегментов расчетная схема исследуемого участка трубопроводной системы, воспроизводящая с минимальными упрощениями и допущениями подробную пространственную топологию реального участка сети с учетом особенностей его конструкции, условий прокладки, нормативных и ненормативных нагрузок, способов закрепления трубопровода, наличия различных дефектов стенок труб и т.д.

Второй элемент – это параметризованная база данных, содержащая исход ную и текущую информацию о техническом состоянии исследуемого участка и внешних воздействиях. Изменения в расчетную схему могут вноситься добав лением или обновлением в базе данных информации: об изменении топологии и геометрических параметров трубопровода (например, вследствие реконст рукции или внешних воздействий);


об изменении во времени характеристик физико-механических свойств трубных сталей и окружающих трубопроводы грунтов;

о результатах периодической технической диагностики состояния;

об изменении технологических режимов функционирования трубопроводов;

о внешних воздействиях при аварийных ситуациях и т.д.

Третьим элементом КПС является программно-математический комплекс (расчетное ядро КПС), оперирующий двумя первыми элементами. Как отмеча ется в монографиях [12, 14], для адекватного анализа прочности трубопроводной конструкции расчетное ядро КПС должно базироваться на вычислительных технологиях и методах, позволяющих оценивать НДС трубо проводов с учетом многофакторного нагружения и результатов технической диагностики. Перечисленным требованиям полностью удовлетворяет вычисли тельная технология оценки прочности промышленных трубопроводных систем, теоретический фундамент которой был заложен В.В. Алешиным (см., например, [12–15]).

Технология В.В. Алешина нашла свое воплощение в виде модулей прочно стного анализа:

• компьютерной аналитической системы «Alfargus», предназначенной для управления целостностью трубопроводных сетей ТЭК;

• компьютерной аналитической системы «AMADEUS», применяемой для © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 24 Методологические аспекты построения компьютерных тренажеров комплексной оценки состояния трубопроводов компании «SPP, a.s.»;

• технологии «PipEst» для комплексного анализа промышленной и пожарной безопасности протяженных и разветвленных трубопроводных сетей и т.д.

Алгоритмы данной вычислительной технологии были положены в основу ме тода построения КПС, разработанного В.В. Кобяковым и В.В. Алешиным [12, 14].

Из представленного выше определения КПС следует, что он может служить базой построения тренажеров для обучения персонала предприятий трубопро водного транспорта, занимающегося диагностикой трубопроводных сетей, навыкам применения современных вычислительных технологий для анализа фактического состояния и оценки прочности критических участков трубопро водов. По своей сути это не противоречит подходу к построению тренажеров, предложенному в работах [4, 10], и является одним из многочисленных на правлений использования КПС.

Накопленный в последние годы опыт широкого использования современ ных достижений вычислительной механики и математической оптимизации при решении производственных задач ТЭК требует внесения ряда корректив в первоначальный вариант концепции построения тренажеров исследовательско го типа. Рассмотрим это требование более детально.

Несмотря на сходство взглядов авторов настоящей монографии и авторов работ [4, 10] на проблемы построения тренажеров для диспетчерского персо нала, следует отметить некоторые принципиальные различия. Так, например, в соответствие с публикациями [4, 10], ядром автоматизированного тренажерно го комплекса должна быть имитационная модель, основой которой служит набор математических схем, позволяющих имитировать технологические про цессы в условиях стационарного и нестационарного режимов функционирования трубопроводных систем, а также в штатных, нештатных и аварийных ситуациях в ГТС.

Производственная практика научно-обоснованного анализа функциониро вания и состояния трубопроводных систем на базе современных методов вычислительной механики и компьютерного моделирования указывает на не обходимость коррекции данного положения. Эта коррекция, прежде всего, заключается в том, что для адекватного описания работы газопроводной системы в первую очередь необходимо с максимально возможной достоверностью описывать физические процессы течения газа в сети (а не технологические процессы транспортирования газа), возникающие при различных режимах работы оборудования газотранспортного предприятия (или его фрагмента). Имитация технологии управления при правильном описании физики транспортирования газа в сети не представляет сложности и по своей сути является достаточно легко формализуемой надстройкой над моделью физических процессов функционирования трубопроводной системы. Здесь следует отметить, что в расчетном ядре ГДС реализован именно такой подход к математическим моде лям газодинамического анализа параметров работы трубопроводных сетей.

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 1 Другое принципиальное различие во взглядах авторов настоящей моногра фии и авторов работ [4, 10] связано с представлением об области использования тренажеров. В соответствии с [4, 10], тренажер может быть использован в трех аспектах: для обучения диспетчерского персонала;

для проведения исследований;

для реального управления газотранспортными сетями в режиме советчика. По мнению авторов настоящей публикации, включение в функции тренажеров двух последних пунктов списка является ошибочным. Так, для реального управления газотранспортными сетями в режиме советчика необходимо использовать ГДС, а не тренажер.

По второму из перечисленных выше аспектов можно сказать следующее.

Конечно, не вызывает сомнения положение, согласно которому процесс обуче ния диспетчеров на тренажерах должен содержать исследовательскую составляющую. Однако эта составляющая должна быть ограничена только кру гом учебных задач, реализованных в тренажере. В противном случае, процесс обучения специалиста на тренажере может привести к нежелательным послед ствиям, когда вместо приобретения навыков эффективного исполнения функций диспетчера, обучаемый получит искаженные представления о физи ческих процессах в трубопроводных системах. Это, как правило, происходит в результате отсутствия у диспетчерского персонала навыков организации и проведения научных исследований (особенно в области численных экспери ментов, касающихся вопросов газодинамики функционирования трубопроводных сетей). В дальнейшем, выработанные искаженные представ ления о физических процессах в трубопроводах, происходящих при транспортировании газов, могут привести к ошибкам диспетчера, сопровож дающимся тяжелыми аварийными ситуациями.

Рассмотренные выше замечания по концепции построения тренажеров рас пространяются не только на тренажеры для диспетчерского персонала, но и на тренажеры, предназначенные для обучения специалистов навыкам эффектив ного анализа ресурса трубопроводов. Остальные принципиальные расхождения во взглядах авторов данной монографии и работ [4, 10] будут проиллюстриро ваны ниже при последующем изложении материала.

1.3. Характеристика и структура тренажеров на базе компьютерных симуляторов ГТС Перейдем к рассмотрению обобщенной структуры современного тренажера, построенного на базе компьютерных симуляторов трубопроводных сетей.

Для повышения наглядности изложение материала данного Раздела будем проводить на примере газодинамического тренажера для обучения диспетчер ского персонала газотранспортного предприятия (ГДТ). Этот тренажер, с одной стороны, базируется на использовании основных функций ГДС, с другой стороны, обладает рядом дополнительных возможностей методического плана, предназначенных для обучения.

С учетом рекомендаций по методическому, информационному и инженер © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 26 Методологические аспекты построения компьютерных тренажеров но-психологическому обеспечению тренажеров, представленных в работах [2– 5], современный ГДТ по предложению О.С. Кузнецова можно условно пред ставить в виде композиции следующих элементов (рис. 1.9):

• так называемой специализированной ограниченной версии ГДС;

• базы данных ГДТ (ее не следует путать с базой данных ГДС);

• построителя учебно-тренировочных задач (УТЗ);

• средств контроля обучения;

• модуля взаимодействия преподавателя и обучающихся специалистов;

• средств помощи в решении УТЗ;

• средств взаимодействия с внешними устройствами.

Рассмотрим содержательную сущность данных элементов более подробно.

Рис. 1.9. Обобщенная схема ГДТ Ограниченная версия ГДС. В этой специализированной версии ГДС отсут ствуют:

1) функциональные возможности и необходимые исходные данные для по строения ГДС сети конкретного газотранспортного предприятия (или фрагмента сети);

2) функциональные возможности для решения исследовательских задач по анализу режимов транспортирования газов по трубопроводной сети (за ис ключением упрощенных исследовательских задач, предусмотренных учебной программой (см. Раздел 1.2));

3) компьютерный редактор расчетной схемы трубопроводной сети (этот ре дактор может присутствовать (но с минимальными функциональными возможностями) только при условии необходимости обучения специали стов ТЭК работе с редакторами топологий ГДС).

В специализированной версии ГДС могут присутствовать:

1) сокращенная версия базы данных с исходной и оперативной информацией об изменяющейся во времени топологии ГТС, параметрах трубопроводов, © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 1 технологических режимах и правилах управления транспортированием природного газа для конкретного предприятия;

2) существенно ограниченная по функциональным возможностям версия рас четного ядра ГДС (используются только необходимые функции решателя);

3) существенно ограниченная версия компьютерной интерфейсной оболочки.

Модуль ГДТ для взаимодействия преподавателя и обучающихся. Данный модуль строится в соответствие с рекомендациями работ [2–5]. С его помощью преподаватель контролирует и управляет процессом обучения и решением конкретных (текущих) учебных задач для группы обучаемых специалистов или для каждого обучаемого в отдельности. Контроль и управление учебным про цессом производится с рабочего места преподавателя интерактивно в режиме реального времени.


Тренажер предоставляет возможность преподавателю контролировать и анализировать действия обучаемого специалиста с использованием так назы ваемого интерфейса преподавателя, реализуемого на его рабочем месте. На рис. 1.10 и 1.11 представлены примеры упрощенных экранных форм, которые при работе с ГДТ предназначены для обучаемого специалиста и преподавателя соответственно.

Рис. 1.10. Пример экранной формы ГДТ, имитирующей фрагмент пульта управления ГТС при обучении диспетчерского персонала © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 28 Методологические аспекты построения компьютерных тренажеров Преподаватель может видеть как «картинку» на мониторе обучающегося, так и дополнительную информацию о процессе обучения, например, иллюст рации действий обучающегося по решению задачи, статистику решенных им задач, уровень прогресса в обучении и т.д. Дополнительно преподавателю пре доставляется возможность менять условия задачи в процессе ее решения специалистом. Следует также отметить, что преподаватель может контролиро вать процесс обучения нескольких специалистов одновременно благодаря тому, что ГДТ позволяет автоматически собирать информацию о ходе решения задач специалистами и их прогрессе в обучении.

Рис. 1.11. Пример экранной формы ГДТ, предназначенной для преподавателя Система (средства) контроля обучения. Тренажер может работать как с реальным, так и с виртуальным преподавателем. В роли виртуального препо давателя выступает система контроля обучения. Система контроля обучения обеспечивает для специалиста так называемую компьютерную «обратную связь». Система контролирует процесс обучения, «сохраняя» историю обуче ния и анализируя действия обучающегося при решении задач. На основе © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 1 данного анализа виртуальный преподаватель по заложенным в нем алгоритмам может менять индивидуальную методику обучения и давать рекомендации по ходу решения УТЗ.

База данных ГДТ. База данных ГДТ включает в себя УТЗ и профили обу чающихся, представляющих собой набор специализированной информации, необходимый для организации и проведения учебного процесса [3–5].

Учебно-тренировочные задачи повторяют реальные или потенциальные (например, аварийные) производственные ситуации, возникающие при экс плуатации ГТС. Каждая задача, как правило, содержит описание постановки задачи и набор сценариев ее изменения и решения. Для примера, постановка задачи может выглядеть так: необходимо удержать давление природного газа на выходе ГТС в заданном диапазоне. Тогда сценарии будут записываться в виде: заданного изменения расхода газа на входе в систему;

требования отклю чения некоторых ГПА и перекрытие ниток ЛЧМГ;

дополнительного появления разрывов трубопроводов, и т.д. Учебно-тренировочные задачи, по возможно сти, должны охватывать широкий спектр реальных и гипотетических производственных ситуаций (см. Главу 4).

Построитель УТЗ. Данный модуль ГДТ позволяет формулировать поста новку решаемых задач и описывать сценарии их решения. С помощью этого модуля имеется возможность формулировать задачи, отлаживать их и заносить в базу данных УТЗ для последующего решения обучающимися специалистами.

База данных УТЗ, помимо постановок задач, включает в себя некоторые ти повые варианты их решений. Эти варианты обучаемый специалист может просмотреть на экране компьютера в режиме анимационного фильма и срав нить их с собственным подходом к решению поставленной УТЗ. Такое сравнение позволит обучаемому специалисту самостоятельно провести анализ правильности и эффективности своих действий по решению УТЗ, что очень важно для процесса самообразования.

Система (средства) помощи в решении УТЗ. Эта система является еще одной составляющей виртуального преподавателя. Ее основные функциональ ные возможности можно записать так: формирование рекомендаций обучаемому специалисту по выполнению учебно-тренировочных задач;

под держание информационно-справочной службы, основанной на регламенте работы обучаемого персонала ГТС;

организация помощи (подсказок) для всех режимов и подсистем работы пользователя с ГДТ;

демонстрация примеров ре шения типовых УТЗ с учетом необходимых пояснений.

Система (средства) взаимодействия с внешними устройствами предна значена для обмена данными с расчетным ядром ГДТ и базой параметров типовых штатных, нештатных и аварийных режимов функционирования ГТС (имитатор обмена информацией между SCADA-системой и расчетным ядром ГДС).

Опираясь на вышеизложенный материал данной Главы, можно отметить, что фактически современный ГДТ представляет собой одно из направле © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 30 Методологические аспекты построения компьютерных тренажеров ний использования ГДС, при котором применяется некоторая специализи рованная надстройка над интерфейсной оболочкой ГДС, расширяющая основные функции ГДС только в части методологии обучения диспетчер ского персонала. Это заключение остается справедливым и для тренажеров эксплуатационного персонала предприятий трубопроводного транспорта, по строенным на базе КПС, при условии замены термина «ГДС» на «КПС» и термина «ГДТ» – на термин «компьютерный прочностной тренажер (КПТ) для обучения эксплуатационного персонала предприятий трубопроводного транс порта на базе КПС». Направленность современных тренажеров на изучение особенностей функционирования трубопроводной системы конкретного пред приятия позволяет повысить качество обучения, снизить временные и финансовые затраты на подготовку специалистов для этого предприятия.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что качественное обучение специалистов с помощью тренажеров нового поколения возможно только при использовании устойчивых и высокоточных алгоритмов моделирования трубопроводных сис тем и оптимизации. Чем больше отклонение расчетных значений от аналогичных истинных величин, тем ниже эффективность обучения с помо щью тренажеров, т.к. данные погрешности могут привести к неверному пониманию функционирования ГТС.

Справедливость ремарки, представленной в предшествующем абзаце, будет обоснована в Главах 2, 3 и 4 настоящей монографии.

В заключение этого Раздела отметим, что представленный в работе [4] «ти повой» состав основных подсистем и модулей тренажерного комплекса диспетчерского персонала, по мнению авторов настоящей монографии, являет ся весьма спорным. Он существенно привязан к пониманию разработчиков [4] технологий создания сложных компьютерных обучающих программ и является в значительной степени устаревшим с точки зрения современного уровня раз вития компьютерной техники и методов программирования. Подобное заключение следует распространить и на «обобщенную» схему выполнения диспетчером УТЗ из работы [20].

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, ГЛАВА Математические модели и методы моделирования для современных компьютерных газодинамических тренажеров В данной Главе проводится критический сравнительный анализ преиму ществ и недостатков математических моделей и методов моделирования транспортирования газовых смесей по трубопроводным системам, применяе мых в настоящее время на предприятиях и в научно-исследовательских организациях ТЭК, а также в учебных заведениях соответствующего профиля.

Целью этого анализа является выбор математических моделей и методов их численных исследований, позволяющих наиболее адекватно описывать реаль ные физические процессы функционирования трубопроводных сетей в штатных и нештатных режимах, включая аварийные ситуации. В соответствии с теоретическими положениями Главы 1, выбранные модели и методы их ана лиза рекомендуется использовать в качестве базы для построения расчетных ядер новых компьютерных тренажеров исследовательского типа 1.

2.1. Однониточный газопровод Наиболее простой и самой распространенной составляющей газотранспорт ной системы является однониточный газопровод. Поэтому анализ математических методов моделирования объектов трубопроводной сети целе сообразно начинать с рассмотрения моделей неизотермических неустановившихся турбулентных течений по трубам с круглым переменным поперечным сечением, переменным во времени уровнем прокладки и с абсо лютно жесткими шероховатыми теплопроводными стенками. В качестве транспортируемого продукта здесь рассматривается вязкая сжимаемая гомо генная теплопроводная смесь газов или вязкий сжимаемый однокомпонентный теплопроводный газ.

Использование в ГДТ математических моделей, построенных на базе адап тации полной системы уравнений газовой динамики, объясняется определением процесса течения газа в трубопроводе, представленным в работе [21]. В соответствии с этим определением течение газа по трубопроводам явля ется взаимообусловленным единым физическим процессом переноса вещества и энергии, при котором распределение скоростей и температур происходит взаимосвязано между собой и с тепломассообменными процессами в окру Под новыми компьютерными тренажерами исследовательского типа здесь и далее подразумева ются ГДТ и КПТ, предназначенные для качественной и всесторонней подготовки диспетчерского и эксплуатационного персонала ТЭК к безопасной эффективной работе на современном трубопро водном транспорте.

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 32 Математические модели и методы моделирования для газодинамических тренажеров жающей среде.

Возможность изменения во времени диаметра поперечного сечения некото рого участка трубопровода здесь рассматривается не случайно. Эта возможность позволяет эффективно и адекватно моделировать работу кранов, особенно при прогнозировании или расследовании аварийных ситуаций, со провождающихся разрушением газопровода. В качестве примера такой модели крана можно представить известную модель С.Н. Прялова, подробно описан ную в [12]. Существующая в ряде публикаций (см., например, [7, 22]) недооценка значения адекватного моделирования течения газов при изменении диаметра поперечного сечения трубы во времени может существенно ограни чить область применения разрабатываемых моделей трубопроводных сетей, что неизбежно приводит к снижению или потери их практической ценности.

В основу анализируемых ниже вариантов моделей транспортирования газов по однониточному трубопроводу были положены теоретические разработки Н.Е. Жуковского, Л.С. Лейбензона, И.А. Чарного и Г.Д. Розенберга (см., на пример, [23]). Указанные модели были представлены и получили свое развитие в целом ряде работ (например, [7, 12–14, 22, 24–26]). При этом следует отме тить, что в [23, 26] основное внимание уделялось изотермическим течениям однокомпонентного газа, что было, прежде всего, обусловлено ограничениями в существовавшем на то время уровне развития методов вычислительной газо динамики и компьютерной техники.

В настоящее время ограничение на использование в ГДТ (и, соответствен но, в ГДС (см. Раздел 1.3)) только изотермических моделей транспортирования однокомпонентных или многокомпонентных газов неприемлемо. Это объясня ется тем фактом, что значительная часть спектра установившихся и, в особенности, неустановившихся режимов штатного функционирования ГТС характеризуется неизотермическими процессами транспортирования газовых смесей. Последнее замечание приобретает особое значение для адекватного численного анализа параметров течения газовых смесей по трубопроводам в переходных и аварийных режимах [27]. Необходимость развития моделей [23] с целью снятия указанного выше ограничения была отмечена в работах [7, 13, 14 22, 24, 25] при численном анализе параметров течения газа.

При моделировании транспортирования гомогенных многокомпонентных газовых сред полную систему интегральных уравнений газовой динамики можно представить в виде [28]:

! ! !

d t dV = Vt dV St JdS, dt V ( ) () () !

где t – время;

V ( t ) – объем сплошной среды;

– вектор-функция физиче ских характеристик, отнесенных к единице объема;

S ( t ) – поверхность, !

ограничивающая объем V ( t ) ;

– вектор-функция, характеризующая произ !

!

водство физических характеристик (включая внутренние источники);

J – !

вектор-функция, характеризующая поток физических характеристик через © В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 2 поверхность S ( t ). При численном анализе течения гомогенной многокомпо нентной газовой смеси вектор-функции примут вид:

0 0 ! !

Y 1 n 0 " " " ! ! ! ! !

= YN S ;

= 0 ;

J = NS n, !

! !! F p n n ! !

2 ! ! ! ! NS + p n n + W n + m m n !! F + Q 2 m = где – плотность газовой смеси;

Ym – локальная относительная массовая концентрация m -ой компоненты газовой смеси;

N S – число компонент гомо !!

!

генной газовой смеси;

– скорость газовой смеси в данной точке;

n = n – !

!

проекция на единичную внешнюю нормаль n к элементу поверхности dS ;

– удельная (на единицу массы) внутренняя энергия газовой смеси;

m – ло кальная удельная (на единицу массы) внутренняя энергия m -ой компоненты газовой смеси;

Q – удельная (на единицу объема) мощность источников тепла;

! !

m = Dm Ym – вектор плотности диффузионного потока массы m -ой компоненты газовой смеси (где Dm – локальный (в точке) бинарный коэффи циент диффузии m -ой компоненты в оставшуюся смесь);

p – давление !

!

газовой смеси;

n = n – напряжение, обусловленное действием сил вязкого !

трения на площадке с внешней нормалью n ( – тензор вязких напряжений);

!

! !

F – удельная массовая сила;

W = k T – вектор плотности потока тепла (где k ( p, T ) – коэффициент теплопроводности, T – температура газа). Для замыкания системы уравнений задаются уравнения состояния (УРС), описы вающие дополнительные термодинамические соотношения между неизвестными функциями, и соответствующие краевые условия.

Для трубопроводов ГТС, как объекта моделирования, характерно, что дли на труб является много большей, чем диаметры их поперечного сечения. Все вышесказанное позволяет спроектировать трехмерные интегральные уравнения газовой динамики на ось трубопровода и перейти от трехмерной интегральной формулировки задачи к эквивалентной одномерной дифференциальной фор мулировке [23]. Этот переход, при условии корректности его выполнения и соблюдения правила минимизации глубины необходимых упрощений и допу щений [12, 14], позволяет существенно сократить время численного газодинамического анализа конкретной газотранспортной системы, не снижая (с точки зрения практики) точности получаемых расчетных оценок.

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 34 Математические модели и методы моделирования для газодинамических тренажеров Осуществление данного перехода подробно изложено в монографиях [13, 14]. Он начинается с рассмотрения произвольного объема сплошной среды V, ограниченного замкнутой поверхностью S. Для этого объема в случае течения однокомпонентного газа выполняются законы сохранения массы, количества движения и энергии, которые записываются в следующем виде [28] 1:

# # t dV + n dS = 0;

(2.1а) V S #!

#!

( ) #! #! !

t dV + n dS = p ndS + n dS + FdV ;

(2.1б) V S S S V # # 2 # # 2 # t + dV + + n dS = p n dS + (2.1в) V S S #! ! !!

# !!

+ n dS + F dV + QdV W ndS, S V V S # # # где – плотность газа;

p – давление газа;

– удельная (на единицу массы) внутренняя энергия газа. В системе (2.1) символ «крышка» над функциями ука зывает на то, что их значения берутся в точке.

Применяя несложные (но достаточно трудоемкие) преобразования и необ ходимые упрощения [13, 14], можно перейти от системы уравнений (2.1) к системе дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих неустановившееся неизотермическое турбулентное течение вязкого сжимаемо го теплопроводного однокомпонентного газа в трубе с круглым переменным поперечным сечением, переменным во времени уровнем прокладки и с абсо лютно жесткими шероховатыми теплопроводными стенками (см., например, получение системы уравнений (П1.27) в Приложении 1 к монографии [13]):

( f ) ( f w) + = 0;

(2.2а) t x ( f w2 ) ( f w) z p = f + g 1 w w D;

+ (2.2б) t x x x ( p f w) w2 w f + + f w + = t 2 x x (2.2в) z f T f w g 1 p + Q f + k f ( T, Tос ) ;

x t x x Учет факторов, связанных с турбулентностью течений, предлагается произвести за счет подбора коэффициентов гидравлического сопротивления и эффективных коэффициентов теплопроводности и диффузии.

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, Глава 2 p = p (,T );

= ( p, T ), (2.2г) где f = f ( x, t ) – площадь поперечного сечения трубы;

w – проекция скорости газа на ось трубопровода;

x – координата вдоль оси трубопровода;

g – мо дуль ускорения свободного падения;

z1 – координата точки на оси трубы, отсчитываемая от произвольной горизонтальной плоскости вертикально вверх (для магистральных газопроводов – по радиусу Земли);

– число Пифагора;

– эмпирический коэффициент гидравлического сопротивления трения в из вестной формуле Дарси–Вейсбаха [40];

D = 2 f – внутренний диаметр трубы;

( T, Tос ) – функция теплообмена транспортируемого газа с окружаю щей средой (см. ниже). Величины в (2.2) без «крышки» сверху означают средние по поперечному сечению трубопровода величины.

Система уравнений (2.2) замыкается уравнениями состояния (2.2г) и соот ветствующими краевыми условиями.

Одной из распространенных форм термического УРС газа является широко известное вириальное УРС:

p V BC = 1 + + 2 + …, (2.3) R0 T VV где V – объем одного моля газа;

R0 = 8,314 Дж ( моль K ) – универсальная газовая постоянная;

B, C, … – второй, третий и т.д. вириальные коэффициен ты, которые зависят от температуры и не зависят от давления и плотности газа.

При малой плотности газа (V ) УРС (2.3) вырождается в УРС Менделее ва–Клапейрона [30]. Отметим, что второе, третье и т.д. слагаемые уравнения (2.3) описывают поправку на неидеальность газа, обусловленную соответст венно двойными, тройными и т.д. взаимодействиями его частиц.

Кроме (2.3) существуют достаточно точные и менее трудоемкие полуэмпи рические зависимости, описывающие термическое УРС. К ним относится, например, уравнение Редлиха–Квонга [29]:

a* ( b* ) = R T, p+ (2.4) T ( + b* ) где a * = 0, 4278 R 2 TКР p КР ;

b* = 0, 0867 R TКР pКР ;

TКР и pКР – критиче 2, ские температура и давление газа;

R = R0 M – газовая постоянная ( Дж ( кг K ) ) ;

M – молярная масса ( кг моль ). Отметим, что здесь = 1 – удельный объем газа.

Для построения калорического УРС транспортируемого газа используются известные соотношения термодинамики:

© В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов, 36 Математические модели и методы моделирования для газодинамических тренажеров p ( p, T ) = h ( p, T ) (2.5) ;

h h h dh = dT + dp = c p dT + dp, (2.6) T p p где h – энтальпия;

c p – теплоемкость при постоянном давлении. При извест ном термическом УРС параметр ( h p )T можно определить из соотношения (см., например, [29]):

h p = T T +. (2.7) p T В качестве краткого отступления целесообразно обратить внимание читате лей на необходимость исправления допущенной опечатки в [7]. В этой работе для расчета энтальпии h автор предлагает применять формулу:

h h = c p dT + dp. (2.8) p T Без исправления опечатки (замены « h » на « dh ») представленная выше фор мула теряет физический смысл, поскольку ее правая часть предназначена для расчета не энтальпии h, а ее элементарного приращения dh по заданным зна чениям элементарных приращений температуры dT и давления dp (см. (2.6)).

Вернемся к построению модификации калорического УРС. Согласно работе [30], коэффициент Джоуля–Томсона определяется как ( p, T ) = ( T p )h. Рас кладывая полный дифференциал от энтальпии как функции двух переменных, для изоэнтальпийных процессов имеем (см. (2.6)):



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.