1.5.1.6 Анализ постановки. Тонкости в постановке задачи.

Основная тонкость - Длина установления.

При расчете гидравлических потерь на прямом участке трубопровода обязательно нужно учитывать наличие так называемой длины установления.

1. Начальная постановка. На входе в трубу в CFD-системе задается средняя скорость течения (рассчитанная на основе известного расхода нефти), причем скорость задается одинаковой по всей площади входного сечения. Такое граничное условие соответствует многим экспериментам, где жидкость втекает из большого резервуара.
2. Процесс формирования. Аналитический квадратичный (параболический) профиль скорости, который должен существовать на прямых участках, формируется не сразу. Для его формирования сначала должен образоваться пограничный слой на стенках трубы, который постепенно утолщается. Параболическое распределение наблюдается только тогда, когда этот пограничный слой смыкается на оси трубы.
3. Оценка длины. Расстояние, необходимое для развития и смыкания пограничного слоя, называется длиной установления. Эта длина определяется числом Рейнольдса по приближенной формуле. В рассматриваемом примере эта длина установления составляет примерно 3 м. Профили скорости, полученные в результате расчета, демонстрируют, что на расстоянии 1 м и 3 м профиль далек от параболического, а на расстоянии 6 м он уже вполне совпадает с параболическим в рамках инженерной точности.
4. Учет потерь. Потери давления, реализованные на длине установления, относятся к входным потерям и не имеют прямого отношения к потерям на прямолинейных участках трубопровода, где течение полностью развито.
5. Корректная расчетная область. Для того чтобы рассчитать потери только на прямом участке (где профиль сформировался), необходимо, чтобы длина расчетного трубопровода включала в себя длину нужного прямого участка и длину участка установления (желательно с запасом).
6. Расчетная геометрия для курса. Опыт показывает, что удвоения экспериментального значения длины установления (в данном случае 6 м) достаточно для запаса. Таким образом, для проведения расчета потерь на последнем участке длиной 3 м, суммарная длина трубы должна быть 9 м. Значение перепада давления будет определяться только на последнем 3-метровом участке трубы.

 .

Заключение:

Пренебрежение этапом анализа постановки задачи и неучет подобных тонкостей может существенно снизить эффективность работы инженера и увеличить необходимые ресурсы, требуемые для получения корректного результата моделирования. На следующих уроках будут рассмотрены основные этапы решения гидродинамических задач уже непосредственно в программном комплексе.