Развитие теории и методов расчета гидродинамических процессов в напорных трубопроводных системах

Разработаны новые научные подходы к изучению и описанию процессов кавитации при гидравлическом ударе в трубопроводе без учета и с учетом трения. Установлены закономерности развития «одиночных каверн» и зон мелкопузырьковой кавитации. На основе моделей с сосредоточенными параметрами предложены упрощенные подходы к описанию нестационарных процессов, что позволяет создавать «быстрые» модели и оценочные приближенные алгоритмы расчета для прогнозирования гидравлического удара и эффективного управления процессами в сложных трубопроводных системах. Предложены: математическая модель гидравлического удара в коаксиальном трубопроводе, учитывающая взаимодействие потоков через стенку трубы; подходы, позволяющие описывать трубопроводную систему как систему с сосредоточенными параметрами; методика эквивалентирования и упрощения сложных трубопроводных систем; имитационные модели, позволяющие исследовать функционирование отдельных частей систем; численные методики, основанные на явно-неявных схемах бегущего счета, позволяющие гибко приспосабливаться к геометрии системы. Доказаны существование четырех волн возмущения в коаксиальном трубопроводе при гидравлическом ударе, зон мелкопузырьковой кавитации, пульсирующих вместе с прохождением волн гидравлического удара, перспективность применения объектно-ориентированного подхода к инженерным расчетам сложных трубопроводных систем, эффективность моделей с сосредоточенными параметрами и моделей имитационного моделирования для решения прикладных задач гидродинамики и гидравлики. Введено понятие «математический испытательный стенд», позволяющий моделировать и рассчитывать отдельные части трубопроводной системы без привлечения моделирования и расчета остальной части системы. Раскрыты закономерности возникновения и развития одиночных кавитационных каверн при гидравлическом ударе в напорном наклонном трубопроводе с учетом и без учета сил трения. Изучены области применения модели одиночной каверны, и установлены закономерности, когда указанное явление сопровождается зоной мелкопузырьковой кавитации. Проведена модернизация существующих математических моделей гидравлического удара с учетом трения и возникновения кавитации. Разработаны и внедрены методики и алгоритмы расчета быстро протекающих высокоградиентных и плавно протекающих процессов, течений с кавитацией, явно-неявная схема бегущего счета, позволяющая гибко приспосабливаться к «разномасштабности» системы. Определены пределы и перспективы практического использования «быстрых» приближенных моделей расчета нестационарных процессов в трубопроводных системах. Созданы математические модели гидравлического удара с учетом кавитации в наклонном в простом трубопроводе, гидравлического удара в коаксиальном трубопроводе, с сосредоточенными параметрами 1-го и 2-го порядков и алгоритмы «быстрого» счета на их основе. Представлены методика эквивалентирования больших трубопроводных систем, технология имитационного моделирования «математический испытательный стенд».