Методика расширенного проверочного расчета состояния систем теплоснабжения на базе имитационных моделей поведения однофазных и многофазных потоков

Abstract

Развитие энергетической отрасли Российской Федерации, особенности проектов, касающихся освоения Арктической зоны, требуют изменения подходов к инженерно-технической инфраструктуре в отношении расчетов, анализа и прогнозирования работы. Данные вопросы актуальны в отношении теплоэнергетического оборудования систем теплоснабжения и его эксплуатации, особенно в районах Крайнего Севера и Арктики. Представленная статья посвящена разработке методики расчетов состояния систем теплоснабжения с использованием имитационных моделей, которые учитывают особенности однофазных и многофазных потоков. Авторы исследовали существующие проблемы в системах теплоснабжения и предлагают новые подходы к моделированию, позволяющие улучшить эффективность работы инженерных сетей. Особое внимание уделяется разработке имитационной модели, которая способна учитывать взаимное влияние фаз теплоносителя на технические характеристики системы. Предложенная методология включает математическое моделирование, методы конечных элементов неравновесной термодинамики. Перспективой использования разработанной имитационной модели и заложенной в ней методики расширенного проверочного расчета состояния систем теплоснабжения с учетом фазности потоков является исследование влияния термодинамических процессов на всевозможные элементы инженерно-технических систем данной направленности.Представлены результаты, которые демонстрируют значительное повышение точности расчетов и, как следствие, улучшение диагностики состояния трубопроводов. Разработанная имитационная модель обладает высокой степенью адекватности и точности. В свою очередь, подобные данные означают приемлемость модернизации блока minmod, за счет использования метода Рунге-Кутты/WENO.Результаты могут послужить ключевой технологией при разработке стратегии развития теплоэнергетического оборудования систем теплоснабжения и эксплуатации его в суровых климатических условиях зон Крайнего Севера и Арктики.

The development of the energy industry of the Russian Federation, the specifics of projects related to the development of the Arctic zone, require a change in approaches to engineering and technical infrastructure in terms of calculation, analysis and forecasting of works. Such issues are relevant in relation to heat power equipment for heat supply systems and its operation, especially in the regions of the Far North and the Arctic. The presented article is devoted to the development of methodology for calculating heat supply system status using simulation models that take into account the features of single-phase and multiphase flows. The authors investigated the existing problems in heat supply systems and propose new modeling approaches to improve the efficiency of engineering networks. Special attention is paid to the development of a simulation model that is free to take into account the mutual influence of the heat transfer medium phases on the technical characteristics of the system. The proposed methodology includes mathematical modeling, f inite element methods of nonequilibrium thermodynamics. The prospect of using the developed simulation model and the methodology for extended revised calculation of heat supply system status, taking into account the phase of flows, is to study an influence of thermodynamic processes on various elements of similar engineered systems. The article presents the results, which demonstrate a significant increase in the accuracy of calculations and, as a result, improved diagnostics of pipeline condition. The developed simulation model has a high degree of adequacy and accuracy. In turn, such data indicate the acceptability of upgrading the minmod unit by using the Runge-Kutta/WENO method. The results can serve as a key technology in developing a strategy for the development of heat power equipment for heat supply systems and its operation in the harsh climatic conditions of the Far North and the Arctic.