1.5.1.3 Анализ постановки. Необходимость в применении CFD-системы.
Контекст задачи — определение потерь давления (напора) при движении нефти по трубопроводу.
Причины потерь давления и декомпозиция задачи.
Потери давления возникают из-за необходимости силам давления совершать работу для преодоления гидравлических сопротивлений. Существует два основных источника этих сопротивлений:
- Отрыв потока. Возникает на входе в трубу, на изогнутых участках, а также на узлах запорной арматуры (где есть резкие сужения или расширения).
- Вязкое трение. Имеет место по стенке трубы на всех прямых участках трубопровода.
Урок вводит прием декомпозиции задачи — разделение сложной задачи на отдельные, относительно простые подзадачи. Потери на различных типовых участках трубопровода могут быть рассчитаны по отдельности значительно быстрее и проще, чем потери во всей трубе сразу.
Необходимость применения CFD-системы.
Большинство инженеров-гидравликов отвечают на вопрос о необходимости CFD-системы отрицательно для задач такого типа.
Альтернативное решение (Справочный метод):
Вместо использования дорогостоящей CFD-системы рекомендуется обратиться к справочнику Идельчика по гидравлическим сопротивлениям.
- В справочнике можно найти значение коэффициента сопротивления для различных типовых участков трубопровода.
- Зная коэффициент сопротивления, можно рассчитать гидравлические потери на входных участках, участках с арматурой, а также на прямых и изогнутых участках.
- Полные гидравлические потери в трубопроводе определяются путем суммирования результирующих потерь по всем отдельным участкам (например, в электронной таблице или на бумаге).
Вывод:
На этапе анализа делается вывод, что для решения поставленной задачи программный комплекс вычислительной гидродинамики не нужен. Хотя расчет сложного трубопровода с использованием CFD может занять меньше времени, необходимо учитывать, оправдает ли эта скорость затраты на покупку программы, вычислительные мощности и обучение персонала.
Существуют также одномерные решатели, которые являются программными альтернативами CFD-системам и автоматизируют расчет по справочнику. Однако их применение экономически целесообразно только при необходимости проведения большого количества расчетов сложных трубопроводных систем.
Следующий шаг:
Следующим вопросом на этапе анализа постановки задачи станет вопрос о возможных упрощениях решаемой задачи.