1.6.2 Практика. Течение в трубе. Расчет и анализ.

1. Этап мониторинга расчёта.

Этап расчёта требует постоянного участия инженера для мониторинга. Основная задача — отслеживание физичности значений заранее выбранных контрольных параметров течения.

Настройка контрольных параметров и условий останова:

• Контрольные параметры. В качестве контрольных параметров были выбраны среднее давление на входе в трубу и расход нефти на выходе из трубы.
• Создание сущностей. Для расчёта интегральных значений этих параметров на граничных условиях «вход» и «выход» были созданы Супергруппы. На этих Супергруппах были созданы Характеристики (Давление на входе и Расход на выходе).
• Условие останова. На вкладке Solver были настроены условия останова по пользовательской величине. В качестве критерия останова было выбрано среднее давление на входе, и был задан уровень (например, $0.0001$), при достижении которого (если изменение давления от шага к шагу становится меньше этого значения) расчёт автоматически останавливается.

Результаты мониторинга:

• После завершения расчёта на вкладке «График» (в окне мониторинга) было подтверждено, что график среднего давления на входе вышел на плато, что означает достижение стационарного режима.
• График расхода на выходе также подтвердил ожидаемое значение, а видимые колебания были признаны незначительными (миллионные части).

2. Настройка и проведение постпроцессинга.

На этапе постпроцессинга настраивается визуализация и количественный анализ результатов.

Настройка визуализации:

• Векторное поле скорости. На предсозданном объекте Плоскость 0, переориентированном вдоль течения (нормаль вдоль оси Z), был создан слой «Векторы» (Скорость) для отображения векторного поля скорости. Были настроены размеры сетки векторов ($50 \times 20$) и раскраска по модулю вектора скорости.
• Расчётная сетка. На той же Плоскости 0 был создан слой «Сечения расчётной сетки» для проверки работы сеткопостроителя и правильности локальной адаптации около стенки трубы.
• График профиля скорости. Создан объект «Линия» на расстоянии 6 м от входа. На нём создан слой «График вдоль прямой» (График скорости) для построения профиля скорости поперёк потока, который должен был принять аналитический квадратичный профиль (течение Пуазейля).

Расчёт перепада давления:

• Для определения искомого перепада давления на 3-метровом участке (от 6 м до 9 м) была создана Плоскость 1, смещённая на расстояние 6 м от входа.
• На этой плоскости создан блок Характеристик (Давление 3 м) для расчёта среднего давления в сечении.

3. Исправление ошибок и анализ результатов

В процессе работы были выявлены и исправлены две ошибки:

1. Ошибка адаптации. Был обнаружен восклицательный знак около элемента «Адаптация». Ошибка заключалась в том, что адаптация не была привязана к граничному условию сектор трубы стенка.
2. Ошибка физической модели. После первого запуска был получен нефизичный профиль скорости (не квадратичный). Расчёт был остановлен, и выяснилось, что в свойствах вещества «Нефть» не было задано значение вязкости (было 0). После установки вязкости $0.0085\ \text{Па}\cdot\text{с}$ и перезапуска расчёта, был получен корректный квадратичный профиль.

Количественный анализ и точность:

• После схождения решения и остановки расчёта, с помощью информационного окна, вызванного для блока характеристик Давление 3 м, было получено среднее значение давления (порядка $80$ Па). Это значение соответствует искомому перепаду давления на 3-метровом участке.
• Относительная точность полученного результата оказалась меньше 1%, что является «более чем удовлетворительной» точностью для инженерных расчётов.

Урок завершается кратким подведением итогов о проделанной работе и обзором тем, затронутых в первом модуле.