Наукові основи оцінювання енерговитратності та забезпечення працездатності складних трубопровідних систем

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої науково-технічної проблеми оцінювання енерговитратності та забезпечення працездатності складних трубопровідних систем. Для цього досліджено динаміку руху однофазних і багатофазних потоків фасонними елементами. Визначено закономірності впливу режимних параметрів транспортування, характеристик дисперсних фаз, їх концентрації, геометричних параметрів фасонних елементів трубопроводів на енерговитратність, ерозійне зношування складних трубопровідних систем. Комплексно досліджено напружено-деформований стан фасонних елементів трубопровідних систем із урахуванням закономірностей газодинамічних процесів, які відбуваються в їхній внутрішній порожнині, закономірностей ерозійного зношування стінки. Визначено закономірності технологічного процесу протягування поршнем рукава в трубопровід, який містить декілька дефектних відводів, розроблено технологію безтраншейної реконструкції складних трубопровідних систем. Розглянуто конструктивні особливості, сферу застосування, виконано 3D моделювання найпоширеніших фасонних елементів трубопровідних систем. Досліджено газодинамічні процеси, структуру однофазних потоків у внутрішній порожнині фасонних елементів трубопровідних систем, установлено закономірності між досліджуваними процесами. Виявлено місця відривання потоку від стінки, утворення турбулентних вихорів, рециркуляцій, виникнення конфузорних і дифузорних ефектів. Визначено місця відводів і трійників, де швидкість потоку, тиск досягають максимальних, мінімальних значень.Ейлеровим підходом (модель Mixture) досліджено газодинамічні двофазні процеси, втрати енергії двофазних потоків у фасонних елементах трубопровідних систем. Вивчено розподіл об’ємної частки суцільної та дисперсної фази, тиску в внутрішній порожнині фасонних елементів трубопроводів. Визначено закономірності впливу експлуатаційних параметрів транспортування, характеристик і об’ємної частки дисперсних фаз, геометричних параметрів досліджуваних елементів на втрати гідравлічної енергії в їх внутрішній порожнині.

The dissertation is devoted to the research of movement dynamics of single- and multiphase flows by the shaped elements of complex pipeline systems. The study of the influence regularities of the transportation mode parameters, dispersed phases characteristics, their concentration, geometric shape and geometric parameters of shaped elements of pipelines on energy consumption, erosion wear of complex pipeline systems. A comprehensive study of the stress-strain state of shaped elements of pipeline systems, taking into account the mechanisms of gas-dynamic processes that occur in their internal cavity, the mechanisms of the wall erosion wear. Investigation of the regularities of the technological process of pulling the sleeve by the piston into the pipeline with defective branches, development of the technology for such pipelines trenchless reconstruction. The design features, scope of application were considered, 3D modelling of the most common shaped elements of pipeline systems were performed. Gas-dynamic processes, the structure of single-phase flows in the inner cavity of shaped elements of pipeline systems were investigated, regularities between the processes under study were established. The places of flow separation from the wall, the formation of turbulent vortices, recirculation, the occurrence of confuser and diffuser effects were located. The places of branches and tees where the flow rate, pressure reached maximum, minimum values, places of vortex formation, recirculation were determined, the values of the flow rate and pressure in these places were determined.The Euler approach (Mixture model) was used for investigation of gas-dynamic two-phase processes, energy losses of two-phase flows in shaped elements of pipeline systems. The distribution of the volume fraction of the continuous and dispersed phases, the pressure in the inner cavity of the shaped elements of pipelines was studied.