📄Работа №128110
Тема: Обратные задачи транспортировки газа по трубопроводам
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Компьютерные сети и системы
Объем:
50 листов
Год:
2022
Просмотров:
186
4300
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
1 Введение 4
2 Постановка задачи расчета координаты места утечки в газопроводе 9
2.1 Математическая модель транспортировки газа по
трубопроводу 10
2.2 Выбор уравнения состояния 12
3 Обзор литературы 16
4 Задача расчета координаты места утечки для трубопроводов среднего давления 20
4.1 Общая модель (модель 1) 20
4.2 Упрощенная модель (модель 2) 22
4.2.1 Упрощенная модель 2 (размерная) .... 23
4.2.2 Упрощенная модель 2 (безразмерная) . . 23
4.3 Интегрирование системы уравнений 4.2.2 .... 24
4.4 Задача идентификации места утечки газа .... 25
4.4.1 Прямая задача, 1 участок (z 2 [0, la]) ... 26
4.4.2 Прямая задача, 2 участок (z 2 [la,1]) . . . 26
4.4.3 Аналитическая формула расчета координаты места утечки по упрощенной модели 27
4.5 Уравнение состояния газовой смеси при высоких
давлениях 28
4.6 Численные расчеты 32
4.6.1 Вариант 1 33
4.6.2 Вариант 2 34
4.6.3 Вариант 3 34
4.6.4 Вариант 4 35
4.6.5 Вариант 5 36
4.6.6 Вариант 6 37
4.6.7 Вариант 7 37
4.6.8 Вариант 8 38
4.6.9 Вариант 9 39
4.6.10 Вариант 10 40
4.6.11 Вариант 11 40
4.6.12 Вариант 12 41
5 Выводы 42
6 Заключение 44
7 Список литературы 46
8 Приложение 49
2 Постановка задачи расчета координаты места утечки в газопроводе 9
2.1 Математическая модель транспортировки газа по
трубопроводу 10
2.2 Выбор уравнения состояния 12
3 Обзор литературы 16
4 Задача расчета координаты места утечки для трубопроводов среднего давления 20
4.1 Общая модель (модель 1) 20
4.2 Упрощенная модель (модель 2) 22
4.2.1 Упрощенная модель 2 (размерная) .... 23
4.2.2 Упрощенная модель 2 (безразмерная) . . 23
4.3 Интегрирование системы уравнений 4.2.2 .... 24
4.4 Задача идентификации места утечки газа .... 25
4.4.1 Прямая задача, 1 участок (z 2 [0, la]) ... 26
4.4.2 Прямая задача, 2 участок (z 2 [la,1]) . . . 26
4.4.3 Аналитическая формула расчета координаты места утечки по упрощенной модели 27
4.5 Уравнение состояния газовой смеси при высоких
давлениях 28
4.6 Численные расчеты 32
4.6.1 Вариант 1 33
4.6.2 Вариант 2 34
4.6.3 Вариант 3 34
4.6.4 Вариант 4 35
4.6.5 Вариант 5 36
4.6.6 Вариант 6 37
4.6.7 Вариант 7 37
4.6.8 Вариант 8 38
4.6.9 Вариант 9 39
4.6.10 Вариант 10 40
4.6.11 Вариант 11 40
4.6.12 Вариант 12 41
5 Выводы 42
6 Заключение 44
7 Список литературы 46
8 Приложение 49
📖 Введение
Всемирная сеть магистральных газопроводов является сложной и постоянно развивающейся. Согласно исследованию, пред-ставленному в [1], трубопроводы являются наиболее безопасным средством транспортировки, однако, это не означает, что они безопасны полностью. Поэтому обеспечение надежности газопроводной инфраструктуры имеет огромную социальную и экономическую ценность. Значительной угрозой является возникновение утечек в трубопроводной сети.
Основными причинами аварий на газопроводах являются внешнее вмешательство, коррозия, дефекты конструкции, раз-рушение материалов и движение грунта. Прежде чем принять решение о наборе корректирующих действий, необходимо знать место утечки и ее размер. Кроме того, в связи с увеличением длины подводной и подземной нефтегазовой инфраструктуры, отрасль сталкивается с новыми проблемами в плане мониторинга, сбора, анализа данных и корректирующих действий при повреждениях, находящихся в местах, где затруднено проведение внешнего осмотра [2]. Пассивные методы обнаружения утечек, обычно используемые в промышленности, оказались успешными с некоторыми ограничениями, поскольку они не могут обнаруживать мелкие повреждения.
Утечки газа могут приводить к загрязнению окружающей среды, авариям, а также к финансовым потерям. Чтобы избежать таких ситуаций, значительные усилия направлены на разработку надежных методов обнаружения координаты происшествия. Основная цель данной работы - сравнение погрешностей расчета координаты места утечки по математическим моделям разной степени общности. В работе оцениваются возможности различных методов для установившихся режимов течения газа в трубах, обсуждаются преимущества и недостатки методов.
В начале обзора литературы рассматриваются классификации известных методов обнаружения утечек. Методы принято классифицировать по объему необходимого вмешательства человека, а так же по необходимой точности измерений и по возможностям измерительной аппаратуры.
По степени вмешательства человека различаются три категории:
1) автоматическое обнаружение утечки газа без участия человека с помощью оптоволоконных или кабельных датчиков;
2) полуавтоматическое обнаружение утечки, требующее участие оператора;
3) ручное обнаружение утечки, осуществляемое оператором с помощью различных устройств, например, тепловизоры, ЛИ-
ДАРные и другие визуальные устройства.
Большинство методов обнаружения основаны на измерении определенной физической величины или проявлении определенного физического явления. Это может использоваться как критерий для классификации, поскольку существует несколько общих используемых физических параметров и явлений: акустика, скорость потока, давление, отбор проб газа, оптика, иногда их сочетание. Эти внешние методы иногда подразделяются на оптические и акустические.
Также методы часто разделяют на прямые и косвенные. Прямое обнаружение осуществляется путем «патрулирования трубопроводов с использованием визуального контроля или портативных устройств для измерения выбросов газа». Благодаря технологическим достижениям, широко используются оптические устройства визуализации, которые для длинных трубопроводов устанавливают на вертолете или самолете. Существуют косвенные (или дедуктивные) методы обнаружения утечки путем измерения изменения определенных параметров трубопровода, таких как расход и давление газа.
Наиболее распространенный способ классификации методов обнаружения утечек основан на их технической природе. Выделяются две основные категории: методы на основе аппаратных средств и методы на основе программного обеспечения.
Косвенные методы частично совпадают с методами, основанными на программном обеспечении.
Существует третий класс, который охватывает так называемые биологические методы. Эти методы часто называют нетехническими. Нетехнические методы обнаружения утечек - это методы, в которых не используются какие-либо устройства, а используются только естественные чувства (например, слух, обоняние и зрение) людей или животных.
Аппаратные методы основаны в основном на использовании специальных сенсорных устройств для обнаружения утечек газа. В зависимости от типа датчиков и оборудования, используемых для обнаружения, эти аппаратные методы можно разделить на следующие: акустические, оптические, кабельные датчики, мониторинг почвы, ультразвуковые расходомеры.
Программные методы имеют в своей основе цифровые двойники реальных трубопроводов. Цифровые двойники позволяют непрерывно рассчитывать давление, температуру, расход и другие параметры транспортировки газа и позволяют делать выводы на основе измерения этих величин о произошедшей утечке. Программные методы используют различные подходы для обнаружения утечек.
Для построения цифрового двойника необходимо создание адекватной математической модели процесса транспортировки, позволяющей рассчитать распределения давления, температуры и скорости газа с необходимой точностью. На первом этапе создается модель течения газа без утечки. На втором этапе строится математическая модель для двух сегментов трубопровода: первый до, а второй после места утечки. Далее выбирается метод расчета координаты места утечки газа. Один из эффективных методов базируется на расчете по итерационному методу квазилинеаризации Беллмана [3, 4]. В случае допустимости использования упрощенных моделей, возможно получение аналитических формул расчета координаты места утечки. Таким образом, при наличии измерений расхода и давления на входе и на выходе, можно рассчитать размер и положение утечки.
Цели данной работы:
• Обзор литературы, посвященной обнаружению места утечки газа в трубопроводах.
• Исследование одной упрощенной математической модели неизотермического течения газа.
• Вывод аналитической формулы расчета координаты места утечки в рамках вышеназванной упрощенной модели.
• Компьютерная реализация полученной модели.
• Анализ результатов расчета тестовых вариантов для параметров задачи, представляющих практический интерес.
• Исследование условий, при которых допустимо использование упрощенной модели для расчета координаты места утечки.
Основными причинами аварий на газопроводах являются внешнее вмешательство, коррозия, дефекты конструкции, раз-рушение материалов и движение грунта. Прежде чем принять решение о наборе корректирующих действий, необходимо знать место утечки и ее размер. Кроме того, в связи с увеличением длины подводной и подземной нефтегазовой инфраструктуры, отрасль сталкивается с новыми проблемами в плане мониторинга, сбора, анализа данных и корректирующих действий при повреждениях, находящихся в местах, где затруднено проведение внешнего осмотра [2]. Пассивные методы обнаружения утечек, обычно используемые в промышленности, оказались успешными с некоторыми ограничениями, поскольку они не могут обнаруживать мелкие повреждения.
Утечки газа могут приводить к загрязнению окружающей среды, авариям, а также к финансовым потерям. Чтобы избежать таких ситуаций, значительные усилия направлены на разработку надежных методов обнаружения координаты происшествия. Основная цель данной работы - сравнение погрешностей расчета координаты места утечки по математическим моделям разной степени общности. В работе оцениваются возможности различных методов для установившихся режимов течения газа в трубах, обсуждаются преимущества и недостатки методов.
В начале обзора литературы рассматриваются классификации известных методов обнаружения утечек. Методы принято классифицировать по объему необходимого вмешательства человека, а так же по необходимой точности измерений и по возможностям измерительной аппаратуры.
По степени вмешательства человека различаются три категории:
1) автоматическое обнаружение утечки газа без участия человека с помощью оптоволоконных или кабельных датчиков;
2) полуавтоматическое обнаружение утечки, требующее участие оператора;
3) ручное обнаружение утечки, осуществляемое оператором с помощью различных устройств, например, тепловизоры, ЛИ-
ДАРные и другие визуальные устройства.
Большинство методов обнаружения основаны на измерении определенной физической величины или проявлении определенного физического явления. Это может использоваться как критерий для классификации, поскольку существует несколько общих используемых физических параметров и явлений: акустика, скорость потока, давление, отбор проб газа, оптика, иногда их сочетание. Эти внешние методы иногда подразделяются на оптические и акустические.
Также методы часто разделяют на прямые и косвенные. Прямое обнаружение осуществляется путем «патрулирования трубопроводов с использованием визуального контроля или портативных устройств для измерения выбросов газа». Благодаря технологическим достижениям, широко используются оптические устройства визуализации, которые для длинных трубопроводов устанавливают на вертолете или самолете. Существуют косвенные (или дедуктивные) методы обнаружения утечки путем измерения изменения определенных параметров трубопровода, таких как расход и давление газа.
Наиболее распространенный способ классификации методов обнаружения утечек основан на их технической природе. Выделяются две основные категории: методы на основе аппаратных средств и методы на основе программного обеспечения.
Косвенные методы частично совпадают с методами, основанными на программном обеспечении.
Существует третий класс, который охватывает так называемые биологические методы. Эти методы часто называют нетехническими. Нетехнические методы обнаружения утечек - это методы, в которых не используются какие-либо устройства, а используются только естественные чувства (например, слух, обоняние и зрение) людей или животных.
Аппаратные методы основаны в основном на использовании специальных сенсорных устройств для обнаружения утечек газа. В зависимости от типа датчиков и оборудования, используемых для обнаружения, эти аппаратные методы можно разделить на следующие: акустические, оптические, кабельные датчики, мониторинг почвы, ультразвуковые расходомеры.
Программные методы имеют в своей основе цифровые двойники реальных трубопроводов. Цифровые двойники позволяют непрерывно рассчитывать давление, температуру, расход и другие параметры транспортировки газа и позволяют делать выводы на основе измерения этих величин о произошедшей утечке. Программные методы используют различные подходы для обнаружения утечек.
Для построения цифрового двойника необходимо создание адекватной математической модели процесса транспортировки, позволяющей рассчитать распределения давления, температуры и скорости газа с необходимой точностью. На первом этапе создается модель течения газа без утечки. На втором этапе строится математическая модель для двух сегментов трубопровода: первый до, а второй после места утечки. Далее выбирается метод расчета координаты места утечки газа. Один из эффективных методов базируется на расчете по итерационному методу квазилинеаризации Беллмана [3, 4]. В случае допустимости использования упрощенных моделей, возможно получение аналитических формул расчета координаты места утечки. Таким образом, при наличии измерений расхода и давления на входе и на выходе, можно рассчитать размер и положение утечки.
Цели данной работы:
• Обзор литературы, посвященной обнаружению места утечки газа в трубопроводах.
• Исследование одной упрощенной математической модели неизотермического течения газа.
• Вывод аналитической формулы расчета координаты места утечки в рамках вышеназванной упрощенной модели.
• Компьютерная реализация полученной модели.
• Анализ результатов расчета тестовых вариантов для параметров задачи, представляющих практический интерес.
• Исследование условий, при которых допустимо использование упрощенной модели для расчета координаты места утечки.
✅ Заключение
• Проведен обзор литературы по теме расчета координаты утечки газа.
• Представлена общая стационарная неизотермическая модель течения смеси газов по трубам и отлажена программа расчета по общей модели.
• Сформулированы условия, при которых допустимо упрощение общей модели.
• Получена упрощенная модель стационарного неизотермического течения смеси газов по трубопроводу.
• Найдено аналитическое решение системы уравнений упрощенной модели.
• Дана постановка прямой и обратной задач расчета координаты места стационарной утечки газа.
• Получено трансцендентное уравнение расчета безразмерной координаты laместа утечки газа по экспериментальным значениям давления и расхода на выходе.
• По созданным программам расчета распределений давления, температуры и координаты места утечки проведены численные эксперименты. Исследованы влияния температуры и давления газа на входе, массового расхода, а так же коэффициента теплопередачи.
• Проведенное численное исследование позволило обосновать допустимость использования упрощенной модели (трансцендентного уравнения) для расчета координаты места утечки в широкой области изменения давления и температуры на входе, расхода, коэффициента теплопередачи для стационарных утечек средней интенсивности и разных местоположений.
• Представлена общая стационарная неизотермическая модель течения смеси газов по трубам и отлажена программа расчета по общей модели.
• Сформулированы условия, при которых допустимо упрощение общей модели.
• Получена упрощенная модель стационарного неизотермического течения смеси газов по трубопроводу.
• Найдено аналитическое решение системы уравнений упрощенной модели.
• Дана постановка прямой и обратной задач расчета координаты места стационарной утечки газа.
• Получено трансцендентное уравнение расчета безразмерной координаты laместа утечки газа по экспериментальным значениям давления и расхода на выходе.
• По созданным программам расчета распределений давления, температуры и координаты места утечки проведены численные эксперименты. Исследованы влияния температуры и давления газа на входе, массового расхода, а так же коэффициента теплопередачи.
• Проведенное численное исследование позволило обосновать допустимость использования упрощенной модели (трансцендентного уравнения) для расчета координаты места утечки в широкой области изменения давления и температуры на входе, расхода, коэффициента теплопередачи для стационарных утечек средней интенсивности и разных местоположений.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.