steam pipeline, direct problems, inverse problems, numerical modelling
Abstrakt
W ramach rozprawy doktorskiej opracowano model numeryczny rurociągu parowego, który umożliwia wyznaczenie ustalonych oraz nieustalonych zmian temperatury, ciśnienia oraz strumienia masy pary. Dzięki temu możliwe jest wyznaczenie naprężeń cieplnych w ściance rurociągu. Opracowany model uwzględnia zmienne własności czynnika roboczego i materiału ścianki rurociągu w funkcji temperatury. Model matematyczny rurociągu o parametrach rozłożonych bazuje na zasadzie zachowania masy, pędu i energii dla jednowymiarowego przepływu czynnika roboczego (pary). W pracy przeprowadzone zostały liczne testy obliczeniowo-porównawcze w celu sprawdzenia dokładności obliczeń. Przeprowadzone zostały symulacje nagrzewania rurociągu dla różnych zadanych przebiegów temperatury, ciśnienia i strumienia pary na wlocie do rurociągu. Wyniki obliczeń pozwoliły na sprawdzenie poprawności opracowanego modelu poprzez porównanie z danymi uzyskanymi z pomiaru. Porównanie wykazało bardzo dużą zgodność z pomiarami.
W pracy pokazano wykorzystanie opracowanego modelu numerycznego rurociągu do rozwiązania zagadnienia odwrotnego. Analizy, testy i obliczenia przeprowadzone w pracy pokazują, że opracowany model matematyczny rurociągu parowego może być wykorzystany do symulacji nieustalonych zmian temperatury w rurociągach ciśnieniowych stosowanych w elektrowniach.
A numerical model of the steam pipeline developed in the dissertation allows determining temperature, pressure and mass flow rate of steam and wall temperature in steady as well as unsteady state conditions. Determination of the wall temperature fields enables calculation of thermal stresses in the pipeline wall. The mathematical model of the pipeline with distributed parameters is based on mass, momentum and energy conservation equations for a one-dimensional flow of the steam. Numerous computational-comparison tests were carried out to verify the accuracy of the calculations. As part of the research, simulations of pipeline heating were carried out for various pre-set courses of temperature, pressure and steam flow at the pipeline inlet. The results of the calculations were compared with the data obtained from the measurement to verify the accuracy of the proposed model. The comparison showed very high conformity with the measurements.
The inverse problem was solved using the developed numerical model of the pipeline. The steam temperature at the pipeline inlet was determined, for which the steam parameters required at the pipeline outlet were obtained. Analyses, tests and calculations show that the developed mathematical model of the steam pipeline can be used to simulate transient temperature variations in pressure pipelines applied in power plants.
