مدلسازی دینامیکی جریان در خطوط لوله

امروزه هزاران کیلومتر از خطوط انتقال در صنایع آب، نفت، گاز و پتروشیمی نیاز به طراحی، تعویض و یا بهسازی دارند، مطالعه خطوط لوله بعنوان جزء اصلی در سیستمهای انتقال سیالات جایگاه ویژه ای دارد. رفتار سیال در خطوط انتقال با توجه به شراط بهره برداری مختلف عموما دینامیکی است. این مسئله خصوصا در شرایطی که میزان مصرف خروجی از لوله و یا تغذیه جریان به خط نسبت به زمان متغیر است قابل توجه است. پیش بینی متغیرهای جریان نظیر فشار وسرعت در شرایطی که وضعیت تجهیزات خط انتقال نظیر شیر آلات و پمپها تغییر می کند، نظیر انچه که در پدیده ضربه چکشی آب روی می دهد،فقط با استفاده از یک مدل دینامیکی قابل تحلیل است. در ای مقاله مدل دینامیک یک سیستم انتقال سیال شامل ایستگاه پمپاژ، خط لوله و مخزن ارایه شده است. پس از نوشتن مدل ریاضی هر یک از اجزای مذکور که شامل معادلات پیوستگی، ممنتم و اصکاک در سیستم است، مدل یکپارچه سیستم بصورت فضای حالت نوشته شده است. با توجه به غیر خطی بودن معادلات حاکم، این معادلات ابتدا خطی گردیده اند. مدل ریاضی بدست آمده در محیط نرم افزار MATLAB/Simulink حل شده است. با توجه به قابلیتهای نرم افزار Simulink در شبیه سازی سیستم های دینامیکی می توان نحوه تغییرات سرعت، فشار و دبی خطوط لوله تحت پمپاژ را براحتی و بصورت دینامیکی با گذشت زمان و تغییر در شرایط بهره برداری نظیر روشن و خاموش شدن پمپها، تغییر در میزان جریان خروجی از مخازن بالادستی و نظایر آن را بسادگی مورد بررسی قرار داد. با توجه به سادگی ریاضی و قابلیت استفاده آسان برنامه کامپیوتری ارایه شده، می توان از نتایج آن در شبیه سازی شرایط مختلف بهره بردرای، انتخاب بهینه اندازه لوله ها و نیز پیش بینی نحوه وقوع فشارهای گذرا استفاده نمود. در ضمن می توان تاثیر پارامترهای موثر بر رفتار سیستم را حه در طارحی سیستمهای کنترل و مونیتورینگ خطوط انتقال مورد استفاده قرار می گیرد بررسی نمود. استفاده از چنین مدلهای ریاضی و شبیه سازی کامپیوتری باعث صرفه جویی در انجام آزمونهای عملی می شود که علاوه بر مختل کردن روند بهره برداری مستلزم هزینه های فروان است.

کلیدواژه ها:

خط لوله ، دینامیکی ، سیال ، شبیه سازی ، مدلسازی ، فضای حالت