Основні поняття газової динаміки.
НАВЧАЛЬНО-НАУКОВИЙ ІНСТИТУТ АВТОМАТИКИ, КІБЕРНЕТИКИ ТА ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ
НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ
Кафедра комп’ютерних наук
КУРСОВА РОБОТА
з дисципліни «Моделювання систем»
на тему:
«Математичне моделювання процесy газової динаміки у фрагменті трубопроводу»
Студента ІІІ курсу групи КН-31інт.
напряму підготовки
6.050101 «Комп’ютерні науки»
Мельника Миколи Петровича
Керівник
ст. в. Гладка О. М.
Оцінка:
________________
Рівне – 2015
Вступ
Актуальність теми. Найбільші у світі транзитні потоки природного газу проходять через Україну, що наклало свій відбиток на розвиток її системи трубопровідного транспорту газу (СТТГ), яка є однією з найскладніших у світі. На даний час особливо гостро стоїть задача закріпити статус України як найбільшої в світі газотранзитної держави, вивести газотранспортну систему країни на рівень технічно надійних, високоекономічних систем. Між тим в Україні широких масштабів набуває процес старіння об’єктів газотранспортної системи, більше половини газопроводів якої експлуатуються з 60-70-х років минулого століття. У зв’язку з цим актуальним є вирішення проблеми оперативного діагностичного обстеження основного обладнання, впровадження сучасних систем автоматичного контролю та управління газодинамікою газотранспортної системи. В Україні трубопровідний транспорт досить повно оснащений технічними комплексами оперативно-диспетчерського керування, але не вистачає ефективних програмно-інформаційних засобів для виконання оперативних оцінок руху газу в газопроводах, проведення аналізу й оптимізації режимів функціонування систем трубопровідного транспорту газу з урахуванням цих оцінок.
|
|
|
Системи трубопровідного транспорту газу є досить великими споживачами газу за рахунок витрат на власні потреби, які на компресорних станціях (КС) України за оцінками фахівців складають до 3% від обсягу прокачаного газу. Газотурбінними та газомотокомпресорними газоперекачувальними агрегатами на власні потреби споживається близько 4,9 млрд. м3 газу на рік. Врахування технічного стану основного обладнання СТТГ при рішенні задач вибору схем роботи компресорних цехів за експертними оцінками може забезпечити зменшення загальних обсягів витрат газу на власні потреби до 5%.
Таким чином, видається актуальним математичне моделювання процесів руху газу в елементах труби, що є основою для подальших досліджень у цій сфері.
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є створення математичної моделі та програмно-інформаційних засобів для розрахунку поля швидкості і функції тиску у фрагменті труби.
|
|
|
Об’єкт дослідження – процеси газової динаміки у фрагменті труби. Предмет дослідження – математична модель газової динаміки.
Методи дослідження – методи математичного моделювання, різницеві методи, чисельні методи розв’язання рівнянь та систем рівнянь.
Основні поняття газової динаміки.
Газова динаміка, розділ гідроаеромеханіки, в якому вивчається рух стискуваних газоподібних і рідких середовищ та їх взаємодію з твердими тілами. Як частина фізики, газова динаміка пов'язана з термодинамікою і акустикою.
Властивість стисливості полягає у здатності речовини змінювати свій первинний об'єм під дією перепаду тиску або при зміні температури. Тому стисливість стає істотною лише при великих швидкостях руху середовища, сумірних зі швидкістю поширення звуку в цьому середовищі і переважаючих її, коли в середовищі виникають великі перепади тиску і великі градієнти температури. Сучасна газова динаміка вивчає також течії газів при високих температурах, що супроводжуються хімічними (дисоціація, горіння та ін. хімічні реакції) і фізичними (іонізація, випромінювання) процесами. Вивчення руху газів при таких умовах, коли газ не можна вважати суцільним середовищем, а необхідно розглядати взаємодію складових його молекул між собою і з твердими тілами, відноситься до області аеродинаміки розріджених газів, заснованої на молекулярно-кінетичної теорії газів. Динаміка стискання газу при малих швидкостях руху великих повітряних мас в атмосфері становить основу динамічної метеорології. Газова динаміка історично виникла як подальший розвиток і узагальнення аеродинаміки, тому часто говорять про єдину науці - аерогазодинаміки.
|
|
|
Теоретичну основу газової динаміки складає застосування основних законів механіки та термодинаміки до рухомого обсягом стискання газу. Нав'є - Стокса рівняння, що описують рух в'язкого стискання газу, були отримані в 1-й половині 19 ст. Німецьким ученим Б.Ріманом (1860), англійський - У. Ранкін (1870), французький-А. Гюгоньо (1887) досліджували поширення в газі ударних хвиль, які виникають тільки в стискуваних середовищах і рухаються зі швидкістю, що перевищує швидкість поширення в них звукових хвиль. Ріман створив також основи теорії несталих рухів газу, тобто таких рухів, коли параметри газового потоку в кожній його точці змінюються з часом.
|
|
|
Фундаментальну роль у формуванні газової динаміки як самостійної науки зіграла опублікована в 1902 робота С. А. Чаплигіна "Про газові струмені". Розвинені в ній методи вирішення газодинамічних завдань отримали згодом широке поширення і узагальнення. Плідний метод вирішення завдань газової динаміки запропонували в 1908 мому. вчені Л. Прандтль і Т. Майєр, що дослідили окремий випадок перебігу газу з безперервним збільшенням швидкості. У 1922 в роботі "Досвід гідромеханіки стислої рідини" радянський вчений А. А. Фрідман заклав основи динамічної метеорології. У 1929 мому. вченими Л. Прандтлем і А. Буземаном був розроблений ефективний чисельно-графічний метод вирішення широкого класу газодинамічних завдань, поширений в 1934 вченим Ф. І. Франкл на більш складні випадки перебігу газу. Ці методи широко застосовуються при вирішенні завдань газової динаміки за допомогою ЕОМ. У 1921 в СРСР була створена, а в 1927 оформилася як наукова установа газодинамічна лабораторія, діяльність якої спільно з Групою вивчення реактивного руху (1932) заклала основи сучасної ракетної техніки.
Як самостійний розділ гідроаеромеханіки газова динаміка існує з 1930, коли зростання швидкостей в авіації зажадав серйозного дослідження впливу стисливості при вивченні руху повітря. У 1935 в Римі відбувся 1-й міжнародний конгрес з Г. д. Інтенсивний розвиток Г. д. почалося під час і особливо після закінчення 2-ї світової війни 1939-45 у зв'язку з широким використанням газової динаміки в техніці: застосування реактивної авіації, ракетної зброї, ракетних і повітряно-реактивних двигунів; польоти літаків і снарядів з надзвуковими швидкостями; створення атомних бомб, вибух яких тягне за собою розповсюдження сильних вибухових і ударних хвиль. У цей період газової динаміки видатну роль зіграли дослідження радянських учених С. А. Християновича, А. А. Дородніцина, Л. І. Сєдова, Г. І. Петрова, Г. Г. Чарного та ін. німецьких учених Прандтля, Буземана, англійських вчених Дж. Тейлора, Дж. Лайтхілла, американських учених Т. Кармана, А. Феррі, У. Хейса, китайського вченого Цянь Сюе-сеня, а також вчених інших країн.
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 17; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!