автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Численное моделирование технологических процессов морского перегрузочного комплекса углеводородного сырья

На правах рукогшсВ"'

л

0046И£ЭО*

Казунин Дмитрий Владимирович

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МОРСКОГО ПЕРЕГРУЗОЧНОГО КОМПЛЕКСА УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 0 МДй 2010

Казань-2010

004602504

Работа выполнена в группе компаний Трапзас и в Государственной морской академии имени адмирала С.О.Макарова

Научный консультант: доктор физико-математических паук, профессор

Матвеев Сергей Константинович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, с.п.с. Сидоров Игорь Николаевич;

доктор технических наук, профессор Осипов Геннадий Сергеевич;

доктор технических наук, профессор Хайруллин Мухамед Хильмиевич

Ведущая организация: Санкт-Петербургский институт информатики

и автоматизации РАН (СПИИРАН)

Зашита диссертации состоится <¿5" и*оил, 2010 г. в /Г час 0О мин. на заседании диссертационного совета Д.212.079.01 в Казанском государственном техническом университете им. А.Н.Туполева по адресу 420111, г. Казань, ул. Карла Маркса. 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им. А.11. Туполева.

Автореферат разослан « »?<? » Оуу>р£л4. 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.079.01 ^^^ *

доктор физ.-мат. наук, профессор .^//¿^.¿¿/^^Г П.Г. Данилаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Конвенция по «Подготовке и дипломированию моряков и несению вахты» (ПДМНВ-95) поставила ряд новых задач перед морскими администрациями стран-участниц. Одна из этих задач - разработка тренажеров, предназначенных для подготовки, оценки компетентности и для отработки навыков поведения в повседневных и аварийных ситуациях.

В соответствии с конвенцией ПДМНВ-95, необходимы четыре типа тренажеров. Для обучения функциям «Навигация», «Радиосвязь», «Управление энергетической установкой» потребовались тренажеры маневрирования (САПР), глобальной связи (GMDSS) и энергетической установки (ERS) соответственно. А для функции «Управление грузовыми операциями» было необходимо разработать тренажер грузо-балластных операций (LCHS), который должен был стать одним из четырех основных типов тренажеров, используемых для подготовки моряков.

Работа посвящена созданию математической модели применительно к разработанной структуре тренажера грузо-балластных операций (LCHS), который ориентирован на решение задачи подготовки специалистов, отвечающих за технологию погрузки танкеров.

Цель работы: Создать для грузовых и вспомогательных технологических систем танкеров и терминалов математическую модель, позволяющую рассчитывать во взаимосвязи все контролируемые параметры, и с их помощью описать последовательно выполняемые операции полного технологического цикла по использованию танкеров/терминалов от ввода их в эксплуатацию и до вывода из нее с учетом типичных аварийных ситуаций в условиях взаимодействия с окружающей средой. Математическая модель должна быть пригодна:

• для имитационного моделирования в режиме реального и ускоренного в 25 раз времени, а также поддерживать факторизацию топологии систем трех гидравлически связанных объектов сложности "танкер" или "терминал";

• для решения задач многовариантных оптимизационных расчетов в технологических тренажерах при предварительном проектировании и прогнозировании развития нескольких вариантов аварийных ситуаций.

В соответствии с требованиями конвенции ПДМНВ-95, необходимо определить глубину математического моделирования и специальные требования к численной реализации модели, а также разработать функциональность тренажера грузо-балластных операций (LCHS), его архитектуру и создать технологию воспроизводства тренажера и его масштабирования.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов, содержащихся в диссертации, обеспечивается теоретическим обоснованием на основе методов механики жидкостей и газов, а также сравнением с экспериментальными данными, знаниями и опытом людей, управляющих технологическими системами танкеров/терминалов и вовлеченных в процесс обучения.

Научная новизна: в результате комплекса представленных в работе исследований решена важная народно-хозяйственная проблема по созданию математической модели и программных технологий, которые позволили разработать

новые типы средств обучения в рамках современных международных требований (ПДМНВ-95), разработать систему построения и клонирования тренажеров грузо-балластных операций (ЬСШ).

На защиту выносится:

• общая имитационная численная модель, описывающая поведение грузо-балластных и технологических систем современных нефтяных, химических, продуктовых, газовых танкеров, терминалов, выполняющая вычисления в режиме реального и ускоренного времени для сетей сложной топологии;

• локальная имитационная математическая модель, описывающая распространение ударных волн и волн разрежения по фрагментам трубопроводной сети реальной геометрии, включающей технические устройства;

• имитационная модель свойств транспортируемых по трубопроводной сети веществ на основе теории обобщенных параметров;

• эффективный численный алгоритм решения системы предварительно подготовленных уравнений, описывающих технические элементы гидравлической сети сложной топологии, реализованный на ЭВМ и проверенный с помощью вычислительного эксперимента;

• новая структура нового программно реализованного распределенного учебно-вычислительного комплекса (тренажера), которая для имитации учебной среды включает: ЗЭ визуализацию виртуальной среды, консоли управления для решения задач диспетчерского круга, математические модели, приложение инструктора и сеть, служащую для синхронизации задач класса и позволяющую выполнять совместные операции в единой учебной группе в рамках единой топологии гидравлической сети, включающей: грузовые, зачистные, балластные и газовые системы танкеров и терминала;

• основные принципы решения прикладной задачи по созданию ЬСН5 тренажера как средства обучения, соответствующего современным требованиям конвенции ПДМНВ-95 и позволяющего непрерывно выполнять любую последовательность технологических операций в рамках единого упражнения для групп "терминал и два танкера" в составе сетевого класса, состоящего из 36 компьютеров под управлением инструктора;

Практическая ценность: разработанная автором модель и структурные решения позволили создать тренажеры грузо-балластных операций (ЬСШ), которые установлены более, чем в 50-ти учебных центрах 25 стран мира, в том числе, в 7-ми учебных центрах нашей страны. Работа автора доведена до регистрации программного кода и получения патентов/авторских свидетельств, закрепляющих приоритет выполненных работ. По результатам проверки Государственной службы морского флота Российской Федерации, тренажеры соответствуют требованиям конвенции ПДМНВ-95. Экономические результаты от внедрения работы автора с 1999 по 2003 год составили 11,4 млн. руб. Теоретическая основа работы использована в качестве программно-имитационной базы для выполнения Федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники на 2009 - 2016 г.», в части 2009-2011 года: «Разработка технологии создания средств подготовки персонала перспективных морских нефте-

газовых платформ по отработке операций обеспечения добычи углеводородов на арктическом шельфе» с бюджетом проекта 115 млн.руб.

Апробация работы, материалы диссертационной работы докладывались на заседаниях кафедры Судовых двигателей внутреннего сгорания государственной морской академии им. С.О. Макарова с 1992 по 2000 год. Отдельные положения диссертации докладывались автором на следующих конференция и семинарах.

На конференциях: ГМА им.Макарова в 1991, 1992, 1997 годах; МЕЕТ'99: Marine Engineering (education and training), проводимой институтом морских инженеров Англии; 4-й международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2003» в С-Петербургском государственном политехническом университете в июне 2003; Sixth International Conference on Engine Room Simulators (ICER), Wuhan, China 2004; LNG TECH Global Summit "Liquefaction, Transaportation", Севила, Испания, май 2006; 14th International Navigation Simulator Lecturers Conference, INSLC 14, Генуя, Италия, июль 2006; международных конференциях по тренажерой тематике: МЕВА (США), июль 2005, Гетеборгский университет (Швеция), июль 2007; «Нефтекадры-2008» г.Москва; международной конференции «Sakhalin Oil and Gas 2009, Sep.30-Oct.2,2009, Yuzhno-Sakhalinsk» (Россия).

На семинарах: 120-ом Всесоюзном межотраслевом научно-техническом семинаре в Ленинграде в 1991 году; на 388-ом заседании Всесоюзного научно-технического семинара в МГТУ им. Баумана; на научных семинарах СПбГТУ в мае 1999 и феврале 2002 по тренажерной тематике для морских приложений; Blackpool and the Flyde College (Fleetwood, Англия ) семинаре по тренажерной тематике в июле 2000 года; на российско-финском семинаре по судостроению и судоходству, СПб., март 2005; семинаре "Вопросы подготовки и аттестации персонала танкеров", ГМА им.Макарова, 2005; Marine training and appraisal systems, Афины, Греция, май 2006.

Программный код выполненного при участии автора тренажера установлен и доступен в рабочем состоянии в настоящий момент в учебных центрах мира, где он эксплуатируется в процессе подготовки и проверки знаний специалистов, отвечающих за выполнение грузо-балластных операций газо- и нефте- перегрузочного комплекса. Дополнительно программный комплекс демонстрировался в разные годы в ходе международных выставок: "Нева" - 2001, 2003, 2005, 2007, 2009 (С-Петербург, Россия,); Gas Tech 2006 (ОАЭ, Абу-Даби); SMM-2004,2006, 2008 (Гамбург, Германия) и ряда др.

Публикации: по теме диссертации опубликована монография и 33 печатных работы, в числе которых 11 работ, опубликованных в изданиях, рекомендованных в Перечне ВАК, 2 авторских свидетельства, 2 патента на изобретение, 2 свидетельства о регистрации программ, 3 публикации в материалах международных конференций и 13 - в других изданиях.

Объем работы: диссертация состоит из введения, 7-ми глав, заключения, перечня литературы из 133 источников, содержит 18 таблиц, 100 рисунков, 16 приложений- всего на 357 страницах, из которых основного текста 300 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан краткий обзор и обобщение постулатов конвенции ПДМНВ-95, международных судостроительных и технологических документов, который позволил сформулировать основные требования к тренажеру гру-зо-балластных операций (ЬСШ) и выделить его составляющие: "Инструктор", "Обучаемый", "Среда взаимодействия", "Адекватная реакция оборудования", "Окружающая обстановка обучаемого" и "Методическое обеспечение".

Для составляющих «Инструктор», «Обучаемый», «Среда взаимодействия» и «Адекватная реакция оборудования» определен набор специфических функций, которые, по возможности, должны не пересекаться с функциями других выделенных составляющих.

На основе изучения международных требований, модельных курсов, учебных программ нефтегазовых компаний и технической документации танкеров для перевозки нефти, химии, сжиженного природного и нефтяного газов, а также документации терминалов для их перевалки, — сформулирован необходимый перечень систем для проектируемого тренажера, выделены требуемые для обучения процессы.

При формулировании перечня систем, необходимых для решения учебных задач, было произведено обобщение систем танкеров/терминалов/добывающих платформ различных классов. На основе этого анализа выделен перечень однотипных, универсальных, с точки зрения моделирования, процессов систем тренажера (балластная, грузовая, зачистная системы, система подогрева/охлаждения груза и танков, системы инертных газов). Перечисленные системы универсализированы в различном объеме и входят в каждый тип тренажера. Установки повторного сжижения паров груза, системы мойки / очистки танков, ливневые системы, нефтедобывающие системы дополнительно конфигурируются в тренажере в зависимости от типа моделируемого объекта либо танкера, либо терминала или добывающего комплекса.

На основе анализа эксплуатационных режимов работы определена и описана специфика моделируемой задачи. Установлено, что все процессы, происходящие в системах в нормальных эксплутационных условиях, "медленные". Для них сформулированы требования к численной реализации математической модели. Модель в этом случае должна строиться на основе законов сохранения массы, импульса, энергии и для всех типов операций тренажера. Течение в трубах для дискрета времени 1, 5, 25 секунд, — описывается стационарным одномерным потоком вязкой, несжимаемой, многокомпонентной жидкости, а квазистационарность вносится в систему с помощью меняющихся параметров граничных объемов и энергоизменяющимися характеристиками объектов сети. В рамках одного "бесконечного" упражнения предусмотрено заполнение / опорожнение труб и танков, а также возможность течения жидкости и газа по одной и той же трубе.

Анализ аварийных ситуаций и быстропротекающих локальных процессов требует других принципов построения моделей, которые работают по принципу вызываемых расчетных модулей, и строятся на основе нестационарных зависи-

мостей для выделенного участка трубы. При этом используется шаг счета, определенный критерием Куранта, а начальные значения переменных берутся из решения стационарных задач.

В заключении главы: 1) выполнен анализ аналогичных разработок в зарубежных странах, с которыми пришлось конкурировать на международном рынке; сформулированы выводы о близких функциональных возможностях этих разработок; 2) ставится задача по разработке математической модели, структуры тренажера, эргономического представления пользовательского интерфейса и задача по использованию распространенной на флоте стандартной программы расчета прочности корпуса судна (1X5).

Во второй главе выполнен анализ архитектуры программной части тренажера, которая определена конвенцией ПДМНВ-95, изложена запатентованная архитектура ЬСШ тренажера и показаны ее основные отличия от наиболее близких аналогов.

В результате двух-итерационной разработки кода проекта произведена группировка повторяющихся функций по выделенным программным модулям: «Модель», «Консоль» (которая включает в себя как функции «Инструктора», так и «Обучаемого») и «Сетевое окружение».

Спецификой разработанного нами программного модуля «Модель» является то, что он не только производит вычисления, но и является локальным сервером данных, отслеживающим существенные изменения в сетевых приложениях и оповещает о них все «заинтересованные» (подписанные) задачи и производит все операции, связанные с чтением/записью упражнений и пленок в файл по сети. Созданная архитектура модели позволила решить задачу факторизации модели гидравлической сети «Терминал-Танкер1-Танкер-2» и применить трафаретные Консоли для ее управления.

Спецификой разработанного программного модуля «Консоль11» является то, что он объединяет все задачи модуля «Обучаемый» и задачи «Активный Монитор» модуля «Инструктор» и только воспринимает управляющие воздействия, оповещает о них все «заинтересованные» задачи, отображает только необходимую в данный момент информацию и не хранит никаких статических данных модели. В режиме «Инструктор» Консоль4 используется для контроля состояния органов управления на всех рабочих местах «Обучаемых» сетевого класса и позволяет вмешиваться в управление оборудованием на равных правах с «Обучаемым», а также вводить «Обучаемому» неисправности оборудования и редактировать текущие параметры уровней танков.

Спецификой разработанного программного модуля «Сеть» является то, что он распространяет по сети накопленные в модели или консоли существенные изменения, обеспечивая маршрутизацию сетевых сообщений по статически заданным путям запускаемых приложений, записанных в реестре.

На уровне прогаммной реализации «Модель» представляет собой расчетную систему, которая позволяет описывать текущее состояние имитируемой ситуации набором параметров с помощью численных алгоритмов. При получении сигнала от интерфейса расчетный блок инициализируется текущим вектором данных, хранимым в модели, и производит вычисления. После единичного

расчета выполняется сравнение полученных данных модели с предыдущими данными, которые хранятся в локальном сервере модели. При обнаружении существенных изменений данные перезаписываются в локальном сервере и эти же значения отправляются в сеть путем присваивания их значений глобальным структурам. При получении изменений данных, которые внесены в глобальные структуры консолями класса, операции реализуются в обратном порядке. Такая последовательность функционирования модели предложена в соавторстве с В. Мягковым, А. Ефремомым, О. Бутурлимовым, Е. Ганжой.

На уровне программной реализации «Консоль» представляет собой пользовательский интерфейс с сетевыми возможностями, который включает следующие компоненты: Монитор Консоли с обработчиками локальной копией данных и Систему отображения/управления визуальными компонентами.

Монитор Консоли производит загрузку и активизацию визуальных компонентов, а также трансляцию управляющих воздействий от пользователя к глобальным структурам данных и трансляцию уведомлений об изменении глобальных данных к визуальному компоненту. Визуальный компонент (экран системы) производит подключение и отключение списка имен, видимых на данном визуальном компоненте, к глобальным данным через монитор консоли. Каждый визуальный компонент принимает команды оператора и уведомляет о них монитор консоли, а обратно от монитора консоли получает только те данные, которые необходимо отображать на видимых в данный момент экранах/окнах графического интерфейса.

Специфика реализованной задачи заключается в автоматическом подключении или отключении списка имен, видимых на визуальном компоненте, к глобальным структурам данных, что создает централизованную схему управления независимыми двунаправленными воздействиями с общей логикой обработки и единым кодом. Результат получен совместно с А.Ефремовым, О.Бутурлимовым, Е.Ганжой.

В отличие от широко применяемого в конце 90-х годов сессионного механизма пересылки данных по сети, в работе представлен современный подход идентификации большого объема данных по уникальным именам (с учетом организованного кольца) для оповещения об изменениях модуля «Сетевое окружение». Данные, описанные подобным образом, обладают уникальными именами для всей сетевой конфигурации, что полностью исключает смешение имен, сохраняя возможность динамического подключения/отключения приложений. Сетевая маршрутизация (отправка всех данных) производится с помощью механизма подписки, с помощью которого каждая задача ведет учет принимающих сторон. Если для некоторого параметра нет получателей, то его значение в сеть не отправляется, чем достигается значительное уменьшение объема сетевого трафика. Так, например, в каждый момент времени консоль отображает лишь определенную часть (~ 15%) всех данных, которыми располагает модель. Этот механизм получил название распределенного сервера (глобальных) данных и позволяет синхронизировать векторы данных для каждой задачи, в каждый момент времени пересылая минимально необходимый набор параметров.

Система подписки является одним из ключевых решений, позволяющих сократить объем пересылаемых данных до необходимого минимума. Идея распределенного сервера и подписки на необходимые параметры была впервые сформулирована В.Мягковым в проекте ЬЫС в 2000 году и доработана позже Л.Ефремовым за счет организации подписки на структурно хранящиеся данные с учетом организованного кольца задач, что позволило оптимизировать скорость доступа к данным и упростить работу с ними.

В главе 3 предложена математическая модель фрагмента тренажера, которая позволяет рассчитать нестационарные процессы в выделенных участках систем, и которая используется в качестве эмулятора динамических процессов.

Движение изотермического нестационарного потока сжимаемой жидкости в трубопроводе переменного сечения Я описано следующими дифференциальными уравнениями:

д(рБ) д(р1$) .

Уравнение неразрывности: —• + —-— = 0 (3.1)

дт ас

Уравнение сохранения импульса для вязкой жидкости:

¿((Яи) 2/: ри3[р Я (3.2)

дт дх ¿к

(3.3)

Термическое уравнение состояния жидкости: р = /(р) = ¿?(/)-[(р/р0,)' -1| где к = т„-х/(2р-8-и), х -периметр, т, - напряжение трения (сдвига), р-давление, и - скорость, р - плотность, г - время, / -температура, х - пространственная координата, 5- площадь, ра, - плотность при атмосферном давлении.

Упрощенный эмулятор па основе акустического приближения (для которого плотность и скорость звука в среде считаются постоянными), описывается системой уравнений:

1 сЬ <Я/

а от ас

др ¿к „ ,

+ =_2-к-ри сх дт

¿х

— = ±а

¿т (3.4)

йр± р- а-с1и±2- р-к- а-и-с1т = 0

Система решается методом характеристик в интерпретации, предложенной автором, которая позволяет за счет привлечения дополнительных узлов в процессе вывода расчетных формул более корректно выполнить переход к граничным объемам. В этом случае используются зависимости: для расчета давления и скорости во внутренних точках области:

Р" + р" И" +и"

(1 + 6) = ^ ""' +Ь-Р;-р-а-(1-Ь)- — - ^

и? • (1+ъу- = +\и"т -ь+

2

Ъ-1 6+1

, где Ъ=к ■ с1т/2,

2-р'О 2

для левой границы: -р-а■ £/„"' • (1 + Ь) = Р| -р-а-•([/" -¿-¡7") (3.5)

для правой границы:-р-а-и-(1 + 6) = -р-а-—-Ь-ипм\3.6)

1+о 1+Ь

Для отыскания значений Р и и в граничных точках уравнения (3.5), (3.6) должны решаться совместно с разностной аппроксимацией соответствующих граничных условий.

Уточненный эмулятор динамических процессов на основе полной процедуры Годунова, который реализован для элементов гидравлической сети. В отличие от ранее выполненных работ, автором разработана численная схема счета по обобщенной процедуре Годунова (распад произвольного разрыва), позволяющая учитывать уравнение состояния движущейся среды в форме степенного уравнения Тейта, а затем полученный результат был применен для описания набора типичных технических элементов гидравлической сети: равномерного/неравномерного сечения, поворотов, тройниковых разветвлений, клапанов и лопаточных устройств, подводящих/отводящих энергию от потока.

Согласно процедуре, на первом этапе для определения параметров в трубопроводе равномерного сечения находим параметры на границе по известным параметрам в участках слева и справа от нее по полной процедуре распада Годунова для жидкости с уравнением состояния Тейта, используя итерационный процесс, реализованный на базе метода Ньютона. Это позволяет определить параметры в ударных волнах, интенсивных волнах разрежения и при переносном течении. Массовая скорость звука в этом случае определяется из равенств:

т(Рк р,р) =

■ а-р

--а-р-

Рг(у + \) + (у-\) 2-у

при

2-у

1 -Р,

1± -Р,1'

при Ркр<р

ПРь,Р,Р) =

Рг{у + \)+Ъ-у-\

а-р-4-у-((Р1{у + \)+у-1)12у)2 а-р1"

' кр

при Лф ^ Р

(3.7)

Г<РКР+Ю

где а~ ^у-(р +В)/р ; Р,=(Ркр + В)/(р + В).

Передвигаясь по расчетной области от участка к участку, определяем параметры (Р, и, Я) на границах участков.

На втором этапе определим средние параметры в каждом участке на новом временном шаге. В участке размером Ах процесс рассматривается в течение малого промежутка времени Дт - такого, чтобы выполнялся критерий Куранта. Законы сохранения (3.1), (3.2) и уравнение состояния (3.3) позволяют вычислить эти средние значения:

Из (3.1): р* (3.8)

Из (3.2):

иг = и-р-Уг +с!г-{япиХ -р)-ЯьиХ-БЬ(РЬ -р')) 2-к-р-Уг -и-йт

У'-р' Г-р'

(3.9)

Из (3.3): //=/И (3.10)

Здесь индексами п и Ь обозначены параметры соответственно на левой и правой границе участка. Согласно накопленному опыту расчетов, для повышения точности вычислений рекомендуется выбиратьр* - 0.5(Р„ + Рь).-

Полученные в результате расчета величины рт,и',р' приближенно описывают состояние газа в момент времени г = То + Л т. Если их принять за начальное состояние и опять провести расчет по описанной выше схеме, то получим параметры в момент времени т = То + 2 ■ Ат и т.д.

Задача, когда одна стенка неподвижна, является частным случаем участка с равномерным сечением, при котором имитируется непроницаемость границы, а изменение объема участка учитываем величинами, входящими в уравнение объемов УТ и Vх.

Расчет параметров в канале со скачком площади поперечного сечения.

Разобьем расчетную область так, чтобы через каждый скачок площади проходила граница, разделяющая соседние участки с параметрами (р,и,р)„ и {р,и,р\ . На первом этапе определим параметры, бесконечно близкие по координате X к границе слева от скачка площади (Р,Ь\1<), и справа (Р,и,к\.

Рассмотрим эту задачу для жидкости с уравнением состояния (3.3). Для этого необходимо совместно решить уравнения распространения разделенных волн постоянной интенсивности и законов сохранения массы и энергии, которые для параметров с индексами 1 и 2 записываются в квазистационарной постановке с учетом коэффициента местного сопротивления £.

При истечении (112 >0) из участка с площадью в участок с площадью Бг, таких, что > 52, система (3.11) имеет вид: Уравнение движения левой волны: их-и„ = (р„ - Рх)!т(Р1,рп,рп) (3.11-а) Уравнение движения правой волны: и2 - иь = (Р2 - рь)1т(Р2,рь,рь) (3.1 ]-б) Уравнение неразрывности: Л,{/,5, = Я1иг51 (3.11-в)

у Р + В и2 у Р + В и2

и сохранения энергии ——+(1-^) — = —-—^— + ~ (3.11-г)

Уравнение состояния 11 = ра1-{Р1 В+\У (3.11-д)

Подставим уравнения распространения волн в законы сохранения и из закона сохранения энергии получим квадратное уравнение относительно (Рг~Рь)!т(РцРь>Рь)' решая которое, определим Р2. Из закона сохранения массы определяем:

Р, = р„ +т(Р„р„,рл)-{и„-82-К2/Б)-Яг(иь+(Р2-рь)/т(Р2,рь,рь))) (3.12) По Рх и Р2, используя уравнение состояния, вычисляем Л, и При втекании (и2<0),в результате аналогичных рассуждений, получаем те же формулы для определения Рх и которых изменится знак при £, .

Решения упомянутого квадратного уравнения и (3.12) используются для итеративного процесса, в котором в случае, если »¿>2, в качестве исходных давлений принимаются Р, = />ь и Р2 = рь; а при » принимаются Р\=Рг = Ркр - давление на контактном разрыве, определенное по процедуре Годунова. После того, как итерации сойдутся, по уравнениям, описывающим движение волн, определим 1}\ и и2. В результате мы определили параметры на границах слева &1, Рь и ¡к справа Л/, Рь О) от скачка площади сечения.

На втором этапе определим параметры в участках, прилегающих к скачку площади слева и справа, на новом временном шаге. Для этого воспользуемся формулами (3.8),(3.9),(ЗЛО), в которых для участка слева в качестве (Р,и,Я,8)ь принимаем (Ли,К,5),, а справа в качестве {Р,и,Я,8)„ принимаем (/>,£/, Л,4.

Расчет параметров в канале с поворотом является частным случаем канала со скачком площади сечения с учетом (£/ = где £ рассчитывается по соотношениям для колена трубопровода.

Расчет параметров в канале со скачком площади поперечного сечения и подвижной стенкой, открывающей щель стока. Проведем границу между участками с параметрами (р,и,р)„ и (р,и,р)ь через скачок площади и динамический элемент.

На первом этапе определим параметры, бесконечно близкие по координа-теХ к границе слева (Р,И,К\ и справа (Р,и,Я)2. Решение будем искать в классе элементарных волн с соблюдением условий «склеивания» по уравнениям сохранения в точке скачка площади с подвижной стенкой, открывающей щель стока.

При составлении системы уравнений правые части уравнений движения волн (3.11а,б) дополним скоростью перемещения подвижной стенки -IV; далее запишем уравнения сохранения массы слева и справа от скачка с щелью, которые свяжем расходом -и„ через открываемую щель; а затем правую часть уравнения сохранения энергии (3.11-д) дополним членом, учитывающим скорость в щели + £■(/£/ 2. Полученную систему замкнем уравнением состояния, а плотность потока в щели вычислим как Я№ = 0.5 - (Л, +/?,).

В результате преобразований записанной системы - получим квадратное уравнение относительно [Ду, разрешая которое, получим скорость в щели. Далее определим величины Р2, (Л, Р1, которые используем для определения скорости движения стенки, ее перемещения и площади открываемого стока.

В случае, когда площадь стока ^ = 0, уравнение сохранения энергии не решается, а уравнения движения волн и сохранения массы сводятся к виду:

(/2 = (/, = 0; Рг=рь+т(Рг,рь,рь)(}¥-иьУ, Р>=р„ + т(Р>,р„,р„)(и„-1¥)

На втором этапе определяем параметры в участках, примыкающих к границе слева и справа, аналогично рассмотрению параметров для ячеек со скачком площади поперечного сечения.

и

Расчет параметров в канале с внешним источником энергии. Разобьем расчетную область аналогично каналу со скачком площади поперечного сечения. При истечении (и2> 0) из участка с площадью 5, в участок с площадью таком, что 5, > , запишем аналогичную (3.11) систему уравнений, в которой в левой части уравнения сохранения энергии введем дополнительный член, учитывающий энергетическую характеристику лопаточного аппарата насоса [д£,„ - ДЛ/„„], которая изменяется в зависимости от частоты вращения ИРМ. Зависимость, заключенная в квадратные скобки, включает энергию, подведенную вращающимися частями: Мих = g■н„(RP\1), и потери на трение в лопатках: ЛЛ'«, = £ • ■ и? ■ Ь12 (ЯРМ).

Дальнейшие рассуждения по определению параметров (Р,и,а\, (г,1;,Н)2 и параметров в участках аналогичны подходу, описанному для скачка площади поперечного сечения.

Расчет параметров в канале с разделением потока по ветвям и скачком площади поперечного сечения. Проведем границу между участками ( и, р, р)„ и двумя каналами (и, р, р) Ь2 и ( «> Р< Р) ьз• На первом этапе определим параметры, бесконечно близкие к границе (,Р;Л/£//, /'^¿/г и Рз1Ьи}), решив систему уравнений, включающую: уравнения движения волн (аналогичные 3.11 а,б), массы, импульса, уравнения сохранения энергии полных масс, совместно с уравнениями состояний, записанных для трех трубопроводов со-

Для получения решения необходимо определить девять неизвестных, которые определяются с помощью итерационной схемы главы 7. Для случая наличия скачка площади сечения в разветвлении использована апроксимация:

На втором этапе параметры определяются стандартным образом, описанным ранее для ячейки со скачком площади сечения.

Сравним результаты математического моделирования процессов с экспериментальными данными и задачами, имеющими точное аналитическое решение.

На рис.1-а. представлено изменение импульса давления в конце трубопровода (длиной 18 м) при открытии электромагнитного клапана, соединяющего трубопровод с большим объемом под давлением Р0 = 44.8 МП а. Видно, что результаты расчета совпадают с точностью до 6 % по амплитуде и до 3.75 мс по времени пиков всплесков.

На рис.1-б. представлен расчет теоретического случая распространения волны давления в Т-образном тройнике, которая возникла после закрытия в разветвленном трубопроводе слива в правой его части. В начальный момент

членения.

Р = Р-Р-Р-

5,+5,+5,

=«ы + ^ Рь1 и,=иьз +(р~рь,)/т(р,рь,,рьз); т{Р,Ры,Ры)

времени из двух сосудов, отстоящих от тройника на расстоянии 10 м и 1 м, с равным давлением (Р=8 МПа), среда (р=1002 кг/м3, у =12.4, В=-15 107) вытекала (ио=0.77 м/с) через правый сток, который при т<>=0закрылся, что привело к появлению и распространению импульса давления в сети.

Р. Па

/ 1

/ \ .* к--- Ч

х: 2/"

/

егооооо

т,ис

б.

Рис. 1. Результаты математического моделирования процессов.

а. - кривые изменения давления в трубопроводе при открытии клапана.

- - Экспериментальные данные. ......- Расчет

б. - кривые изменения давления в Т-образном тройнике при закрытии клапана.

Изменение давления в точках не противоречит теоретическим представлениям описанного процесса.

В главе 4 изложены два способа получения коэффициентов уравнения Тейта и подход к криптованию свойств веществ, представленных полиномиальной статистикой, а также прогнозирование свойств при недостатке исходных данных с помощью безразмерных физических шифров (криптов данных), полученных на основе теории обобщенных параметров.

В отличие от широко применяемых в тренажеростроении до начала 2000-х годов подходов по интерполяции заранее насчитанных для расчета таблиц теп-лофизических свойств веществ, предложенный автром подход позволил получить универсальные, безразмерные зависимости, удобные для программирования и поддержки кода, что значительно сократило объем выполняемых работ. Для их получения был использован известный метод "термодинамического подобия для комплексов теплофизических свойств жидкости в широком диапазоне состояний". Полученные зависимости пригодны для: описания и, в ряде случаев, прогнозирования свойств плохо изученных грузов.

Для минимизации ошибок и увеличения надежности вычислений при описании параметров бинодали автором разработаны два параллельно работающих алгоритма для расчета плотности веществ, давления и теплоты парообразования.

В основу первого алгоритма положены зависимости Рида для давления и графоаналитические зависимости Дермана для определения плотности и теплоты парообразования:

*. = */"■>, где =

р.у.

л-г

р. *

р.у.

В основу построения зависимостей Дермана положена новая опорная точка подобия, которая позволяет более точно описать диапазон параметров величин свойств грузов, применяемых в тренажере грузо-балластных операций.

Р., 10 Па

Я -- —

Рис.2. Сравнение экспериментальных (квадратные точки) и расчетных (сплошная линия) данных для кривой испарения: а) метана, б) бутана, в) воды, г) углекислоты, д) безразмерное давление

В основу второго (страхующего) алгоритма положена модифицированная графо-аналитическая зависимость Дермана для определения давления, формулы Филиппова для плотности и Ватсона - для теплоты парообразования:

Рт = 0.774• —•—-Р,, где = 1 + (6 -1)-(1- гт) - />■(! - г„,)"3 ркр ркр

1-г

1-г„

> = (А-1)-0 + 6-0" = ±й-0"+ (&-!)■©

Т Р т т где г,=—;— — \ /? = 0.323-0.34 и 6е[2.3-1.6] по Филиппо-

Т¥

ву; т = Т1Ткг\ © = 1 -г; я = Р/Ркр; <о = р1рке-\\ Р,р,Ти Р,г, Ар, Г,р- текущее и критическое давление, плотность, температура.

Выполним оценку возможности применения зависимостей для решения задачи ЬСП8 тренажеров для кривых испарения различных продуктов.

Результаты представлены на рис.2. Круглыми точками показано положение линии сублимации, которая попадает в область расчетов.

Представленные результаты демонстрируют хорошую точность в окрестности нормальной точки кипения (точка Бойля) и в области температур выше этой точки. При температурах ниже более, чем на 20 градусов, от нормальной точки кипения относительная погрешность сильно возрастает, но в абсолютных величинах она составляет не более 1-1.5 кПа.

Рис.3. Сравнение экспериментальных (точки по данным Рида) и расчетных (сплошные линии) данных для теплоты парообразования, полученных для: а) метана, б) пропана, в) бензина, г) метанола и этанола

В работе выполнена оценка точности определения удельного объема на линии насыщения для паровой и жидкой фазы, на примере н-бутана, показано,

что обеспечена вполне допустимая погрешность. Максимальная погрешность для паровой фазы составила 2.14% при 3 МПа, жидкостной фазы 13,2% при 1.0 МПа, а в области основных эксплуатационных режимов 0,69-1,8% и 68% соответственно.

Результаты сравнения экспериментальных данных и расчета теплоты парообразования в зависимости от температуры для нескольких веществ представлены на рис.3. Как видно из рисунков, получен достаточно близкий результат для метана, пропана, бензина и вполне допустимое расхождение для наших задач - для этанола и метанола.

Для уравнения состояния (3.3) предложено два метода определения входящих в него коэффициентов х и £(')> которые можно применять, имея разный набор исходных данных.

1. Если доступны два измерения скорости звука в среде, температура застывания и доля парафинов, то, определив х и Т,:р по эмпирической зависимости, можно разрешить систему (4.1), состоящую из двух уравнений для B(t), относительно С при известной скорости звука а при давлении Р и измеренной при данной температуре t плотности рм:

B(t) = C-{Tkp-T) и = .(Я + В(,)У-* (4.1)

Если известно несколько точек со значениями скорости звука и давления, то по ним определяем х • В результате получаем все необходимые коэффициенты. Проверка изложенного подхода обеспечила ошибку ~ 2% для легких сортов нефтепродуктов и 6.3% для тяжелых.

2. Если доступны только общие групповые свойства вещества, то на основе несложных рассуждений автора с использованием теории обобщенных параметров получены зависимости:

^ = „ +1 = у- m + 1 = 3,87 ■ m +1; b{i) = м ■ рТ' •. ■, где м = 106 • (7,5)" • /Г8~ • (р] ■ tt )"(3"v") Р \Т

где b(i) зависит от свойств нефтепродукта и температуры его кипения, а степень зависит от оптимизационного параметра т, который, согласно нашим рассуждениям, колеблется в узком диапазоне величин [1,5-3].

В результате перебора параметров, в соавторстве с Е. Ноткиной, для маршевого счета получено обобщенное уравнение состояния жидкости в безразмерном виде:

у, = eic'"1bS) ■ (л- - 2.1) - с2 • (г - 0.58) + с,

где с, = 27.68-1.31; с2 =4.925-11.88-г^: с, =4.40-5.97-2,. у/= —.

Р.,

Погрешность по плотности для основных веществ не превышает 10 %. Тогда проходящая через точку (р0, То) касательная дает такое представление уравнения состояния жидкости в размерном виде, как это требуется для алгоритмов главы 5:

Р = Ра ■ (l + Ур{р - Ро ) - Ут (Г - Т°))

А) - РкР ' ехР) с,'

где у (г г0)= —-^-схр Ар Ро

-7.65

-2.1

-/V'

-0.58

(4.2)

Ркр

Ро

с2(гь)-с,(2ь)-ехр

-7.65

А,

-2.1

Если известны все критические параметры вещества, то легко определяются коэффициенты ур = ур(г1р,Т0) и ут = ут(г^,,Т0,р0)- значение р„ вычисляется

по уравнению (4.2) или задается.

В работе приведены алгоритмы определения констант на основе разного набора исходных параметров. Погрешность линеаризованного уравнения состояния для р = 0.1 МП а не превышает 1 %, для = 2 МП а -10%.

Расчет калориметрических зависимостей производится на основе стандартной линейной теории при кусочно-линейном разбиении кривой тепловыделения на 8-мь участков. Методика счета параметров ¡-Б диаграммы была проверена при различных условиях линеаризации и для разных рабочих тел. Результат представлен графиками (Рис.4).

Предложенный в работе алгоритм расчета ¡-Б параметров реализуется в два этапа. На первом этапе по обобщенным зависимостям получаем точные базовые зависимости для широкого круга веществ по минимально возможному набору данных, а на втором - получаем опорные точки для линеаризации, которые используются в скоростных расчетах. Проведенные исследования показали, что «склейки» прямых не оказывают серьезного воздействия на устойчивость расчета за счет использования в итерационном процессе данных с предыдущего шага счета; оптимальным интервалом для разбивки является интервал 50-100 градусов, что дает 8-4 интервалов.

Рис.4. Результаты расчета ¡-Б параметров по предложенным зависимостям при шаге разбиения Д= 1-25 и среднеквадратичное отклонение расчета от данных Вукаловича при шаге разбиения 1, 25, 50, 80,120, 150.

Для маршевого счета при движении воды по трубам используем стационарные закономерности для учета трения по формулам: I = шах в которых реализовано сращивание двух функций вида АРтр=тах(~д';~д2). Для грузовых труб используем: X = гаах (б4 /Яе; 0.316 /Яе 0 25 ;0.11 • (йг / Д)ои ), в

которой реализовано сращивание трех функций вида АРгг^тах(~ц --ц ^'-ц2).

В главе 5 изложены основные принципы построения модели фазового перехода для однородной однокомпонентной жидкости, которая проходит фазо-

вый переход, взаимодействуя с газовой средой, в составе которой присутствует один инертный компонент.

В отличие от широко известных нульмерных моделей, применяемых в тренажеростроении для описания паровых котлов, наша модель реализована в одномерной постановке для 5-ти слоев криогенных углеводородов, с учетом специфики расчетов в режиме реального времени для диапазона рабочих давлений Р £¡0.01-2.5 МПа] и температур Те[93—173 К]. Однако 80 % эксплуатационных режимов танков лежат в более узком диапазоне давлений [0.096-0.125 МПа] (-40/+250 мбар), в котором обеспечена максимально возможная точность.

Для одного из 5-ти, наиболее сложно интерпретируемых слоев, представлены основные уравнения модели, которые записаны ниже.

Оценим фазовый переход для термических и калориметрических уравнений состояния газа и жидкости вида:

Р = рЛ+Гр(р-р«)-Гт(т-та)\п 1 = 10{ра,Т0)+\Ср1(р0,Т)с1Т+^^{\-Тгг)

Ро

р =

ИТ

'-оХИс^г,

где теплоемкость газа при постоянном давлении, зависящая только от температуры Т, а индексом «О» помечены параметры в «опорной» точке, в которой известна энтальпия. Теплоемкость жидкости СР1 может зависеть от давления, ур и у?— постоянные.

Запишем систему уравнений, описывающих фазовый переход в объеме V = VI + Уя с площадью поверхности раздела сред где Т„ - температура слоя 8 (слоя Кнудсена) ( рис. 5): Баланс для V) жидкости: М,

Массы:

(¡Т

= СН - /л- 5, (5.1)

Рис.5. Пояснения к построению расчетной схемы

Энергии: Л/,= + Он с!т

с!р

Од -Я-т-Ов-',) + У,

Термическое уравнение состояния: р, = ра^ + ур{р-р0)-уТ(Т-Т0)\

(5.2)

(5.3)

Калорическое уравнение состояния: /, =/„,(/>„, 7;)+ 1ср(р0,г)ЛТ + (5.4)

7,. Рп

где /0/= ¡¡-о/ - считаем, что жидкость может преобразовываться в пар. Баланс для газа (смеси пара и азота):

Массы смеси, азота, пара: ¿М11<1т = т-3-0В\ /¿г = -Ос(1-£); (5.5), (5.6) Массы пара: = (5.7)

Массовая концентрация: 4 = Му /р^/р-пара 1 - р - азота (5.8)

Энергии смеси: Мя ^ = ■(/,-/,) + $•?, + -1,) + У, ■ (5.9) Термическое уравнение состояния (молекулярный вес р, Я-сотг):

Газ-пар ру=ру11уТ, ру = -~, = ру (5.10а)

Газ-азот: = рыЯ„Т, ры Л* = (5.106)

у*

Смесь газов: р = рг + Ры • р = Ры + Ру (5.11) Калорическое уравнение состояния (удельная энтальпия) при Ср =/(Т) :

т г

Газ-пара: ¡у =1ю{т0)+ ^СрУ<1Т. Газ-азота <Л, = ¡т

(г0)+ \сеЫат. (5.12)

г» , Г0

Смесь газов: / = £ /> + (1 - £) ¡м. (5.13)

Выбор ;'|-0 и ¡т производится от единого нуля, а /со/, и гУо^ выбираются с учетом скрытой теплоты парообразования. Баланс для тонкого слоя у поверхности испарения (слой Кнудсена):

Теплообмен слоя определяется зависимостями:

Жидкость-слой: -Г;)в, (5.14)

Слой-газ: = -ЯЛ(гг +(1-&)«•('» (5.15)

включает диффузионный перенос тепла с массой (1 и тепловой поток:

Тя = -Л,а,{тг-Тя1 (5.16)

Баланс энергии слоя: а,-ас = тг(5.17)

где г5 =Г(Г$) - определенная единственным образом функция (5,18) Баланс массы слоя:

Слой-газ (массообмен при диффузии): (1 - )т = -р^ ■ £>га • р{д - , (5.19)

Аналог уравнения состояния слоя: р^ = р* (5.20)

где dp* = r--{Js- Это уравнение решается с привлечением

уравнений состояния для pyS и pis . При выводе необходима взаимная увязка плотности ps(Ts);р№(Т<.), парциального давления р*(Т$), теплоты парообразования rs(Ts) и энтальпий ;lv (Ts ); (Ts ) вещества, прошедшего фазовый переход.

р* R

Концентрация пара у поверхности =- , "—т—. (5.21)

P*RK+(p-P*)Ry

гдер*=р*(Т$) =pvs— парциальное давление пара у поверхности. Термическое уравнение состояния компонентов: Pss=Pvs(Ts) + pM\ P>ATs) = P*KRyT); pN,(Ts) = (P'P*)KRN-T,)\ (5.22)

Pis - f(T„p), которая рассчитывается по значению энтальпии в точке. Калорическое уравнение состояния компонентов:

+ 'i? = UATs,P*ï> ivs^ivsWs.P-Р*У, (5.23)

В заключение отметим, что уравнения (5.1>—(5.23), дополненные зависимостями а/, Д л у, ).м, и Сркц, С/у, С/«', ¡оу, а также коэффициентами уравнений состояния и = V- V,)), - полностью определяют систему из 34

замкнутых уравнений для Л//, М%, Му, т, /„ /в> ¡¡,, ¡„.¡^

Р*>Рг5> Рга. Рю. 9/ . <?г. Яг . Уц, р*, р, ру, рн ,Т1, Т,, £ а8 нами предложена собственная линеаризация, которая пригодна для решения задачи ЬСНБ тренажеров.

'га. 'л® .Pi. Рв. Рс.

Для величин аь

:0* 4-«« IM 100« UW Ц«0

«сМ

Рис. 6 График изменения подачи метана в танк (V) и давления в мембранном танке (Р), изменения температуры (Т) системы No96 в процессе захолаживания от времени^ (точками обозначены экспериментальные данные Hyundai HI).

\2i. JL

\_L

Рис.7 График изменения подачи метана в танк(У) и давления в мембранном танке(Р), изменения температуры(Т) системы Moss в процессе захолаживания от времени(т) (точками обозначены экспериментальные данные Hyundai HI).

Сравним результаты математического моделирования процессов с экспериментальными данными и задачами.

Для мембранного танка (рис. 6) жидкий метан для захолаживания подается с расходом ~ 24 м3/ч в течение 16 часов. Атмосфера захолаживаемого танка сообщается с газовой атмосферой бесконечно большого берегового танка терминала, где поддерживается - атмосферное давление.

Для захолаживания сферического танка (рис. 7) использован ступенчатый процесс подачи жидкого метана через сопла: в течение 16 часов: 15 ~ 24 м3/ч, а затем ~ 44 м3/ч. Это позволило проконтролировать тенденцию падения температуры в 4-х газовых слоях в танке и определить появление жидкости на дне танка с учетом всех теплопритоков в танк.

Приведенные примеры показывают, что разработанный автором метод достоверно описывает процессы в танках.

В главе 6 показано отличие принципов, положенных в основу численного моделирования, применяемого для тренажеров, и научных расчетов, а также приводятся основные положения, заложенные в реализацию опорного расчета квазистационарной сетевой задачи для многокомпонентной двухфазной среды.

В отличие от широко применяемых в тренажеростроении принципов декомпозиции сети на отдельные, глубоко проработанные объекты или логически выделенные фрагменты, из которых компонуется сложная гидравлическая сеть (вертикальная фрагментация), для решения LCHS задачи имитирования разветвленной сети сложной топологии применен принцип горизонтальной фрагментации сети по моделируемым явлениям. В результате моделируется полная топологическая сеть, которая, используя принципы, близкие к электрогидравлическим аналогиям, проникает в элементы сети, ранее подвергаемые декомпозиции, а уточненные эмуляторы описывают отдельные явления в ее частях или фрагментах, получая опорную информацию из маршевого счета топологической сети, не влияя на ее поведение. Такая постановка задачи позволила создать новый тип всережимной модели, работающей в реальном/ускоренном времени и обладающей повышенной устойчивостью к отклонению входных параметров.

Для описания поведения сети сложной топологии применены известные принципы решения сетевой задачи, для которой необходимо задать функции проводимости элементов сети f(p,q,:)ap=0 таким образом, чтобы они были пригодны для использования алгоритмов главы 7 и обеспечивали получение решения в заданной области в результате выполнения единичного цикла для всей топологической сети за время: ттах < 0.5 с (т„р, <0.3 с), используя возможности современного персонального компьютера. В работе записаны стандартные требования, предъявляемые к функциям проводимости f(p,q,z)ap=0, и дополнительные, которые установлены автором для возможности управления решением при использовании алгоритмов главы 7. Дополнительные требования обеспечивают получение решения в аварийных расчетных ситуациях.

Наиболее значимые объекты системы исследуются, и их зависимости специальным образом готовятся и записываются в виде функций проводи-

мости /(р,д,:)а0=О, которые должны удовлетворять описанным в главе свойствам и включать линейный/нелинейный член/корректор/демпфер. Преобразования общеизвестных зависимостей производятся на основе инженерной и физической интерпретации процессов на уровне, пригодном для решения задачи ЬСШ тренажеров и таким образом, чтобы они удовлетворяли описанным в главе свойствам. Приведем наиболее значимые функции проводимости.

В общем виде функцию проводимости ребра для течения вязкой несжимаемой жидкости записываем в общем виде /(р,д,:)ар=0 на основе уравнения Бернулли и дополняем ее функциями коррекции параметров сопес1(ц); подводом внешней энергии от элементов сети; вычислительными демпферами и логическими функциями исключающими отдельные члены уравнений для управления решением. Ниже приведем частные случаи уравнений ребер для наиболее важных элементов сети.

Функция проводимости ребра для течения вязкой несжимаемой жидкости в двухпроточпом клапане:

/(р,д,:)*1>= р, -р2 + [г, -(р, -рт)-1г-(Рг-РаЛ'ё

- с „(pos)

2

2 V

A(pos)-S

■qu - correct(qn) = 0.

где функции коррекции проводимости для двухпроточного клапана сог-гес1(ц1т)=0; и 5, с/ - площадь и диаметр трубы, V, - вязкость; А(роз), скг(ро*)-предлагаемые автором настроечные коэффициенты потерь на трение в зависимости от открытия клапана:

1 + 0.5-А-««(у)

f(poj) = A(pos)iRe;-* A(pos) = 120

#4r (pos) = 0.0< pos < 100. -

(l - Аг • cos((z>))2 2.0

Ы04

_ pos ж

■ 'Р~Ш 2'

b = 0.96-0.98

^\-Ь-со$"((р) J ехр(3-ро$) Для невозвратных регулировочных клапанов функция коррекции характеристики соггес\(ц12) определяет проводимость ребра только в одну сторону. В ходе исследований нами было рассмотрено около 20 функций различного вида, но оптимальных результатов добились только с помощью функции, имеющей пологую линейную ветвь в области отрицательных значений, проходящую через начало координат эллиптическую функцию и далее линейную ветвь, проведенную по касательной в точке (А с ох (А); 1-$т(А)) к функции эллипса

correct(value) =

value < 0.0 -

value >0.0 ->=

= [i ■ value\ <p = valuelA = 10 :

0 <<p< cos(A) -»= \b ■ value] + 1 - yjl-p cos(A) <<p<°o ->= [¿ ■ value]+

—4— (<p - cos(A))+ (l - sin(A)) sin(A)

где value - корректируемая величина, которая в частном случае, например, для невозвратного клапана, может быть равна q¡¡, а л = 10"J 4-Ю"5 - параметр, регу-

лирующий "раскрытие" функции коррекции соггес^/г); соответственно, при А = 0.0001 получаем жесткую функцию коррекции для невозвратных клапанов с более высокой точностью, но ухудшенной сходимостью, а при А = 0.01 получаем более мягкую функцию для танков, которая обладает меньшей точностью, но лучшей сходимостью к решению.

Однако выбор корректирующей функции носит в большинстве случаев эмпирический характер. Совместный подбор таких функций для всех элементов сети является исключительно сложной задачей. В первом приближении можно воспользоваться описанной в главе методикой, базирующейся на решении обратной задачи.

Для центробежного насоса необходимо определить зависимость функции проводимости от технической работы, которая определяет приток

энергии в гидравлическую систему от лопаточного агрегата. В тренажере реализовано два типа центробежных насосов. Один, не требующий детального изучения, реализован методом сращивания двух специальным образом подобранных функций. Второй тип реализован на основе разделения процессов в насосе на базе принципа гидро-электрических аналогий, который дополнен несколькими нашими эмпирическими улучшениями, таким образом обеспечивая проникновение гидравлической сети в объект.

Для сращивания кривых различного вида была использована функция: /,,4(х) , а реализация //(<?) = .чрИщ ■ Я, + ¡рНпег ■ Нгсращивания производится по принципу удельных весов, где

где дст, - обеспечивает сдвиг функций сращивания от нуля к точке пересечения прямых Я; и Я2; Ь - настроечная величина плавности перехода, которая при Ь =10'2 обеспечивает жесткий переход, а при Ъ =10'3 более плавный; а - настроечная величина, определяющая долю сдвига а =[0-1] от (' Рис.8).

Рис.8 Частные случаи функции насоса, полученные с помощью сращивания /(*)„„

а.

б

Функции показали высокую надежность и эффективность в реализации задач по сращиванию прямых и кривых различного вида, В этом случае функция проводимости записывается в виде составной эмпирической функции.

Принцип замещения различных процессов насоса на базе гидроэлектрических аналогий позволяет записать функцию проводимости ребра для течения вязкой несжимаемой жидкости в насосе в виде:

/(р^а)«(1=р1-р2 + ЛЬгех - ЛЯ, Ьц(1;0) ~соггес^п) = О, где ЛЯ, - потери на трение (-) в лопаточном аппарате, цп - массовый расход; Ьц(1;0)~ логическая функция коррекции поведения трубы, [КМг) К <7и

ДR. =1

¿■Л,

k(pos)- —

64-S-

\Чп\ Р

\-Яп

соггесЩ 12)^=0 - в частном случае; но применяется для решения специальных ^■ЯРМ'

задач; +Д£„

60

■ const р- техническая работа (+), вносится лопаточ-

ным аппаратом в поток; р} — эмпирическая функция, которая позволяет либо использовать известное входное давление, либо генерировать необходимое и допустимое значение величины. Функция получена эмпирическим путем и пригодна только для решения ЬСНБ задачи:

л</+d - рцп

spline, (Ь, •/?,<„)

1 рг гл.

ЬI - настроечная величина плавности перехода (при 6;

л-5

10' обеспечивается

удовлетворительный переход при рг = 0.8 КУ Па); Нт - величина задаваемых максимальных давлений (Па) и <2т. - расходов работающего насоса (Рис. 9).

Рис. 9 Эмпирическая зависимость р! для жидкостных лопаточных агрегатов 1 - область недопустимых характеристик (Нпх< рг ); 2 - область не рекомендуемых характеристик ( рг <Н„Х < 6 рг); 3 - область двойных решений; 4 - рекомендуемая область выбора Н„х для жидкостных лопаточных агрегатов, которая для газовых агрегатов должна быть построена с учетом их специфики

По подобию с вышеперечисленными подходами записаны частные случаи функций проводимости для кингстонов, стоков, управляемых объектов и газовых выходов (граничных) объектов, для заполненных смесями жидкостей/газов труб.

Преобразование тройников в двухполюсные ребра для технических устройств, имеющих три входа, которые могут быть представлены в виде двухполюсных ребер (например, для колпаков малого и большого объема), применены стандартные решения вида:

Pi+Pi-2

Poo •

Vnr,

k-p,

dr

<рх+рг- 2

Рос •

Kg ~~ I Pi) J

f(p,q,z)afi= р,-р, -k-qu-\qv\-conect(qil) = Q,

где p,-.

g-Pi

У I + Pog

■ qu ; И correct(qu ) — функция

коррекции расхода, к - функция площади, У„а , ров-начальный газовый объем и начальное давление газа в колпаке, q - расход из узлов (кг/с), у - показатель политропы.

Для эжектора на основе инженерных допущений и линеаризации части членов функции в процессе вывода получена зависимость:

f(p,q,:)u/3= р, -р2 +

Л,-g,-Я-?,2-maxi 1 ; *"-|<712|)

qx>value ^ 1 J

= 0:

где А, В, к - настроечные константы, определяющие работу эжектора, qx ~ расход в одном из прилегающих ребер, который начинает проявляться при достижении значения value. При этом Aqx - подвод энергии в ребро от внешнего источника, а член В ■ qn ■ choice[ 1 ; к' -к,!) определяет потери на трение в реб-

qx>value ' 'J

ре по ламинарному или турбулентному закону, а начало работы эжектора будет определяться внутренней логикой множителя А.

Функция проводимости тепла получена с целью исключения многовариантных логарифмических функций, - на основе известного подхода по нормировке тепла, согласно которому тепло определяется долей А от максимально доступного тепла в теплообменнике Qmax. Доля Д определяется по эмпирической экспоненциальной функции f(b\(tp-1)) в зависимости от нормированного расхода (р с учетом передающих возможностей Ъ теплообменника, которую дополним сглаживающей вставкой в окрестностях <р=1 ± е:

nin (Gs-cps-Grcpl) =f(b-(<p-l));b = a-Ffmin(Gs-cl>l!-Grcpl)

-> д =

(«з = 1 ±е) =Ы(Ь + \)\

a = \l(\lag +Я + 1 /а,)

В результате запишем функции проводимости тепла для каждой среды: f(t,0)«p= <?m„ -Д- {G, -c„ ■{(,.,„или Gs -(V,, -/,->} = 0, f(t,Q)°e= Qma-Д-- {G, или = 0,

где С, ■ = + Мы/Р и +Мое/Р; Мщ и Л/и) - масса сред в объемах тепло-

обменного аппарата

Для эмулятора фазового перехода в трубах используем допущение о том, что жидкость начинает кипеть при фиксированном давлении, близком к атмосферному, и / = /,-(1+ 2)°, а полностью выкипает при (= г,+(Н2)°. Такой подход позволяет «склеить» уравнение несжимаемой жидкости (I) и идеального газа (%) при давлении, близком к атмосферному, в интервале склеивания: Д~1 = д* = 1, М, = ]д"|+|д+| I е ((I, -1) /, -> (I, +1;). Таким образом, для каждого вещества мы получаем зависимость вида:

лН-А-1

Pi =p(t.p) = x-pi +(l-x)-Pt'> гДе ^ = 0,5

- + 1 Д" + А*

Плотность смеси веществ в потоке находим по плотности доли вещества в смеси с учетом температуры по уравнению, приведенному выше, и при р= 0.1 МПа:

где с/ - доля (концентрация), р, - плотность входящих в смесь веществ.

Следуя аналогичным рассуждениям, находится вязкость чистого вещества или смеси различных веществ.

В главе 7 выполнен анализ методов решения сетевой задачи на основе традиционных алгоритмов. При консультировании Jain S.Duff (Oxford) и в соавторстве с О.Бутурлимовым, В.Мягковым проработано и реализовано непрофильное использование последовательности современных графовых алгоритмов, позволяющих решать 4400 - 5500 предварительно подготовленных (см. гл. 6.) и специальным образом записанных в оперативной памяти компьютера -уравнений гидравлической сети в режиме реального времени (~ 1„шх < 0.5 с (10р, < 0.3 с)), используя мощности современного персонального компьютера.

Непрофильное использование алгоритмов заключается в том, что примененные нами графовые алгоритмы были разработаны для линейных уравнений, но применены для системы нелинейных уравнений, которые прошли условную линеаризацию к виду f(pa, рр, qap \ qap \) - 0 - в главе 6, на основе инженерно-физических принципов. Такой подход является новым в современных вычислительных технологиях.

Для реализации предложенного подхода строится топология гидравлической сети и связи возможных управляющих воздействий. На основе «управляющего воздействия» производится выбор типа уравнения в системе: (f(pa, рр, к qap | qafi \) = 0) или ( qap = 0 при к —* оо), после чего для текущего временного шага формируется решаемая система уравнений, которая в общем случае является системой нелинейных уравнений.

Для выведения графовых алгоритмов из итерационного процесса поиска решения системы нелинейных уравнений мы составили в главе 6 специальным образом подготовленные уравнения для всех ребер. Поэтому перед всеми вычислениями производится процедура псевдо-дифференцирования, процесс которой делится на две стадии:

• Уравнения записываются в ленточном и в удобном для диагонального представления матрицы виде:/(— д1г[к/ (д/г)], -рг : р,)= 0 .

• Выполняется псевдо-дифференцирование, в результате которого происходит отбрасывание нелинейных множителей (-к (д/2'") \ дп\ соггес1(д!2)) и констант ( ?т и функции высот = (2; (Р1~Ршг)-22 (Рг-Ршг))Процесс похож на численное дифференцирование, при котором происходит вычисление собственного значения члена (константы) при линейной переменной.

В результате получим матрицу А, состоящую из элементов ау = {М/1,.... М, ....+],...-!}, которая представляет собой матрицу связей переменных системы. Таким образом, система будет иметь вид:

где А - матрица связей, х - вектор неизвестных pqi = {q,....p, ....}, b - вектор собственных значений 6, = {О,.... О,....}. В матрицей возможно выполнить замену элементов, отличных от нуля, на «X», т.е. нам важно иметь только информацию о наличии связи: «О» - пустое поле в матрице или «X» - имеется связь, которая в процессе вычисления множителя М~ к (qI2) может обратиться в ноль.

Для полученной матрицы связей А применяется стандартный алгоритм Хопрафта-Карпа в реализации Даф (Duff), который позволяет отыскать максимально полную трансверсаль для матрицы, как показано на рис 10.

123456789 Vr 1 2 3 4 5 б 7 В 9 1 2 3 4 5 6 7

Рис. 10. Иллюстрация работы алгоритма поиска полной трансверсали

Произвольно заданная матрица интерпретируется как двудольный граф, в котором выполняются перестановки с целью придания ребрам горизонтального положения (т.е. ориентация ребра самого на себя). Производятся перестановки только столбцов, т.е. только правой части двудольного графа до получения максимального количества паросочетаний. В результате получаем ориентированный граф, в котором исключаем строки и столбцы, для которых нет трансверсали, таким образом, исключаем структурный дефект матрицы.

На финальной стадии работы алгоритма производим исключение уравнений с помощью разработанного нами алгоритма, который проверяет физическую значимость исключаемого уравнения для всей системы.

Далее матрица связей, соответствующая топологической схеме, может быть разбита на независимые расчетные блоки, которые будут меньше по количеству связей (уравнений), чем исходная система (уравнений). Это снижает количество решаемых уравнений в отдельном блоке, общая скорость вычисле-

Ах = Ъ,

ний увеличится, по сравнению с традиционной схемой счета. Для этого применяем стандартный алгоритм Тарьяна, который позволяет выделить сильно связанные компоненты, которые последовательно подчинены друг другу. Несимметричная матрица А сетевой задачи может быть разложена на несколько блочных матриц, каждая из которых соответствует сильной компоненте, чередующихся в определенной последовательности, которая соответствует структуре уровней связности сильных компонент.

Как следствие, соответствующая матрице связей система из n уравнений может быть разбита на блоки (подсистемы), которые можно будет решать в установленной алгоритмом последовательности. В примере на рис. 11 из первоначального графа для случая «Один закрыт» показан процесс выделения трех сильных компонент с корнями в 4, 0, 1. Компоненты включают: 1-ая - строку 4 -, которая содержит одно уравнение; 2-ая - строки 3, 8, 15, 5, 10, 17, 16, 11, 6, 0 -, которые включают 10 уравнений; 3-я - строки 7, 13, 14, 12, 9, 2, 1, которые включают 7 уравнений. Установлен именно 1->2->3 порядок решения блоков уравнений.

о1 а 3« > 4 ' 3 > ю"ци»иц" «0 3 5 6 в 10111516 111 2 7 » 12131*

Рис. 11. Иллюстрация работы алгоритма по выделению трех сильных компонент с корнями в 4, 0, 1.

В результате работы графовых алгоритмов получаем последовательно связанные блоки, которые в нашем случае ассоциированы с блоками нелинейных уравнений. Блоки, записанные в ленточно-матричном представлении, образуют систему нелинейных уравнений, которые решаются методом Ньютона-Рафсона по специально разработанному нами алгоритму численного дифференцирования с автоматическим выбором точности и величины поправки Рафсона.

В главе приведены блок-схемы описанных алгоритмов и порядок вызова соответствующих процедур, а также продемонстрирована возможность применения описанных алгоритмов для решения задачи о связанной трубопроводной системе (Танкер-1)-(Терминал)-(Танкер-2), данной на рис.12. Показано, что обеспечено единичное вычисление для такой разветвленной схемы за 0,5-0,7с. при 50-75 % загрузке процессора (PIV-4,5 Ггц...) персонального компьютера.

Для демонстрации сложности вычислительной задачи на рис.12 представлена топологическая схема проекта нефтяного терминала с двумя состыкованными с ним грузовыми системами - танкерами, а балластные и газовые системы для упрощения представления не сообщены. Система содержит 2864 нели-

нейных уравнений1 и минимум 16160 линейных уравнений'. Из них одновременно могут решаться до 5491 уравнений3.

Для этой задачи за 0,5-0.7 с. реального времени выполняется полное вычисление параметров единичного расчета, которое включает: расчет потоков, концентраций, температур сред в сети, параметров в танках, а также производится расчет энергетических элементов сети, пьезометрических высот жидкости в сети, элементов автоматики и прочности корпуса судна. Единичный расчет полного вычисления параметров поддерживает три возможных шага счета по времени: 1 с , 5 с или 25 с, которые необходимы для ускоренного просчета ситуаций.

1 Нелинейных уравнений 2864 из них: 1536 клапанов, 74 насосов/газодувок, 494 специальных труб, 145 танков (по 3 уравнения), 4 горелки (по 5 уравнений), 63 теплообменных аппарата по 1 уравнению, 121 теплообменные стенки по 2-3 уравнения.

1 Линейных уравнении 16160 из них: 2153 для узлов, 745 для входов в танки , 95+249стоков, 2153 температур, по 2153 уравнения для расчета 5-12 концентраций.

3 Нелинейных 2864 и 2627 линейных уравнений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Создана математическая модель технологических операций морского перегрузочного комплекса углеводородного сырья, которая в режиме реального времени описывает процессы танкеров и терминалов, связанные с перекачкой сжиженного газа и нефтехимических грузов по резервуарно-трубопроводной системе в процессе выполнения полного цикла грузовых, балластных и других вспомогательных технологических операций:

• для одного танкера класса газовоз и газового терминала созданная модель позволяет рассчитывать все доступные в эксплуатационных условиях параметры и с их помощью описывать последовательно выполняемые операции по инертированию, газификации, захолаживанию, заполнению/ опорожнению, нагреву танков/труб, сдаче паров груза на берег. Параллельно модель позволяет определять параметры в балластных системах, рассчитывать остойчивость, прочность корпуса судна, моделировать протечки сред из различных танков. В рамках непрерывного упражнения описываются процессы зачистки, нагрева, инертирования и заполнения танков воздухом, которые связаны с выводом танкера из эксплуатации;

• для нефтеналивных/химических танкеров и терминалов созданная модель позволяет описывать весь комплекс операций в процессе грузо-балластных и технологических операций одновременно для двух танкеров и терминала в изменяющихся погодных условиях, с учетом вероятных разливов нефтепродуктов в акватории порта. Модель описывает процесс инертирования танков танкеров средствами берегового терминала, процесс обеззараживания балластных вод танкеров на береговых установках, процесс разгрузки танкера параллельно с мойкой и зачисткой различных танков, одновременно с любыми перекачками между емкостями берегового парка. Помимо стандартных операций, созданная модель воспроизводит развитие ситуации в случае разрыва танков и заполнения защитных объемов, образования течи и прорыва трубопроводов в различных погодных условиях (дождь, ветер) и в разное время суток (освещенность, температура).

Созданная модель позволяет имитировать грузовые, балластные, газовые и другие технологические системы танкеров и терминала таким образом, что это позволяет моделировать взаимное влияние процессов каждого из объектов друг на друга с целью создания учебной среды для совместного обучения грузовых помощников на танкерах и оператора терминала в рамках единого непрерывного упражнения.

2. Решены важные задачи имитационного моделирования процессов: - создана процедура расчета распространения ударных волн в трубопроводной сети, включающей скачки площади поперечного сечения, повороты, клапаны, насосы и разветвления на основе процедуры Годунова для сред, описанных уравнением Тейта;

- записаны функции параметров сред, построенные на основе теории безразмерных величин для круга веществ с учетом специфики задач грузо-балластного тренажера;

- разработана численная схема счета квазисгационарного фазового перехода, пригодного для расчетов в режиме реального и ускоренного времени, параметров в танке в одномерной постановке;

- записаны функции проводимости для основных технических элементов гидравлической сети в квазистационарной постановке в виде, пригодном для вычислений в режиме реального/ускоренного времени и управления решением в аварийных расчетных ситуациях;

- разработан алгоритм решения сетевой задачи для трубопроводной сети сложной топологии, работающий в режиме реального/ускоренного времени, ликвидирующий результаты ошибок автоматической генерации систем решаемых уравнений и позволяющий управлять решением в аварийных расчетных ситуациях с применением ЭВМ.

3. Создан современный комплекс программ:

- имеющий новую архитектуру и реализующий распределенную учебно-вычислительную систему, ориентированную на обучение в составе сетевого класса и позволяющую произвести распределение имитационных свойств вычислительной модели на разные учебные места в составе учебного класса;

- обеспечивающий надежную работу и автоматическое восстановление имитируемой ситуации (при поломке, пользовательских ошибках и т.д.) за счет динамического отслеживания изменений переменных и приложений в одноуровневой иерархии адресаций, полученной в результате применения унифицированного обмена, реализованного в виде единого пространства имен с равнозначными переменными в сети и универсальными форматами.

4. Обобщены функции тренажеров, описанные в международных документах, и решена прикладная задача по созданию архитектуры и программного кода тренажера грузо-балластных операций нового поколения, появление которого в 2005 году привело к изменению отдельных международных требований, в частности DNV 2.13 Oct.2007, к тренажерам подобного класса, а сам тренажер в качестве примера приведен на с. 39-56 в изданном в 2007 модельном курсе ИМО 1.36. Акты морской администрации России, страны-участницы конвенции ПДМНВ-95, и регистр судоходства Украины, свидетельствуют о том, что принятые автором в работе решения позволили создать тренажер, соответствующий требованиям конвенции, и решить поставленные в работе задачи.

СПИСОК АВТОРСКИХ ПУБЛИКАЦИЙ

Работы, опубликованные в изданиях, указанных в перечне ВАК:

1. Казунин Д.В., Маценко C.B. Типовые требования для проведения сертификации тренажеров грузо-балластных и сопутствующих технологических операций на соответствие Международной Конвенции ПДМНВ 78/95 // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. ISSN 03212653. - 2005. - Приложение № 2. - С. 18-24

2. Маценко C.B., Казунин Д.В. Оценка уровня квалификации операторов грузовых систем нефтяных терминалов // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. ISSN 0321-2653.2005. №3. -С.57-62.

3. Матвеев С.К., Казунин Д.В. Уточнение метода характеристик в приложении к расчету топливной аппаратуры ДВС // Двигателестроение, 1991, № 5, - С. 29-30.

4. Казунин Д.В. , Матвеев С.К. Математическая модель процесса впрыска с учетом реальной геометрии топливной аппаратуры. //Двигателестроение, 1995,-С. 19-23.

5. Васькевич Ф.А., Казунин Д.В., Хведелидзе А.Д. Теоретическая модель построения диагностических характеристик топливной аппаратуры судового дизеля// Двигателестроение, 2003, № 2, - С. 42-45.

6. Казунин Д.В., Бутурлимов О.В. Оценка свойств перекачиваемых сред на основе метода обобщенных параметров в широком диапазоне состояний// Изв. вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. ISSN 0321-2653. - 2006. - Прил. №1, С.32-40.

7. Казунин Д.В., Матвеев С.К. Моделирование нестационарного фазового перехода однокомпонентного вещества в инертную среду в режиме реального времени // Изв. вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. - 2005. - Прил. №4, С. 80-92.

8. Казунин Д.В., Матвеев С.К. Численное моделирование нестационарного фазового перехода сжиженного газа в танках газовоза. / Мехатроника, автоматика, управление. - 2008. - Прил. №4: Судовая автоматика и управление на морском и речном флоте, С. 9-14.

9. Казунин Д.В., Бутурлимов О.В. Изотермическая модель квазистационарного потока несжимаемой жидкости. Функции проводимости // Изв. вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. ISSN 0321-2653. - 2005. - Прил. №4, С. 65-79.

10. Казунин Д.В. Численная модель технических элементов для расчета процесса течения в разветвленных нефтепроводах. //Труды ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова, №51 (335) - 2010. - С. 187-196

11. Казунин Д.В., Матвеев С.К. Математическая модель процесса течения в нефтепродуктопроводной сети с учетом реальной геометрии и динамических процессов. //Труды ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова, №51(335) - 2010. - С.197-206.

Работы, приравненные ВАК к опубликованным результатам:

12.Казунин Д.В., Бутурлимов О.В., Ушаков В.В. Система для визуализации и управления сети сложной топологии/ Патент на полезную модель RU 74496 U1, МПК 7 G06F 3/14.

13. Казунин Д.В., Бутурлимов О.В., Ушаков В.В. Способ визуализации и управления в сети сложной топологии и система для его осуществления / Авторское свидетельство RU 2008109514, МПК 7 G06F 3/14.

14.Казунин Д.В., Комраков Е.В., Мужиков Н.В., Бутурлимов О.В., Ганжа Е.А. Тренажер грузо-балластных и технологических операций на танкерах и бе-

реговых терминалах / Патент на полезную модель RU 43094 U1, МПК 7 G09B 9/00.

15.Казунин Д.В., Комраков Е.В., Мужиков Н.В., Бутурлимов О.В., Ганжа Е.А. Тренажер грузо-балластных и технологических операций на танкерах и береговых терминалах / Авторское свидетельство RU 2004125570/28, МПК G09B 9/00).

16.Казунин Д.В., Бутурлимов О.В., Мягков В.В., Дмитренко A.B. Оптимизация вычислений сложных топологических схем. Графовые алгоритмы. // Компьютерное моделирование 2003: труды 4-й международной научно-технической конференции 24-28 июня 2003 года, СПб.Гос. Политех, унив., -СПб.,-2003.-С.135-144.

17.Комраков Е.В, Мужиков Н.В., Казунин Д.В., Бутурлимов О.В., Ганжа Е.А. Транзас Liquid Cargo Handling Simulator 4000 (LCHS 4000 ver. 1) /Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005610824 от 07.04.2005.

18.Комраков Е.В, Мужиков Н.В., Казунин Д.В. Транзас Liquid Cargo Handling Simulator 2000 (LCHS 2000 ver 3) / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004611867 от 12.07.2004.

19.Kazunin D. Simulator for stability control training // Sixth International conference on Engine room simulators (ICER). - Wuhan, China. -2004. - P.40-48.

20.Kazunin D., Sokolov A., Ponomarev V., Delgado L., Global accident and post accident marine training simulator //14th International Navigation Simulator Lecturers Conference, INSLC 14, Genova 2006, P. 195-201.

Публикации в периодических и других изданиях:

21.Казунин Д.В. Численное моделирование технологических процессов танкеров и терминалов: монография-Новороссийск: МГА им.Ушакова, 2009. -268 с.

22.Казунин Д.В, ДЕП: Численное моделирование разделения топливной струи // Новороссийск, НГМА 1998; - 19 с. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ Центр, 01.04.98, №01980003320.

23.Казунин Д.В., Ваеькевич Ф.А. Экспериментальное определение коэффициента затухания волнового процесса в форсуночном трубопроводе // Основные направления научно-методической и научно-исследовательской работы кафедры в свете перестройки высшей школы. Издательское подразделение ЛВИМУ. - Ленинград, 1990. - С.102-106.

24.Казунин Д.В. Выбор метода численного решения системы дифференциальных уравнений, описывающих граничные условия топливных систем малооборотных дизелей // Динамика судовых энергетических установок и их система: Сб. научных трудов ГМА им. адм. С.О.Макарова. - В/О «Мортехин-формреклама», 1991. - С.24-26.

25.Казунин Д.В., Матвеев С.К. Метод расчета топливной аппаратуры ДВС. Сравнение расчета и эксперимента // Разработка и внедрение перспективных технологий и устройств для строительства и реконструкции народно-

хозяйственных объектов в свободной экономической зоне г. Ленинграда и области: Тезисы докладов конференции. - JI., 1991. - С.97-105.

26.Казунин Д.В., Матвеев С.К. Математическое моделирование динамики топлива в системе топливоподачи // Рабочий процесс, теплообмен, теплонапря-женность деталей ДВС. Материалы 12-го Всесоюзного межотраслевого научно-технического семинара. Ленинградский технический университет (Политехнический). - С-Петербург, 1992, -С.19-20.

27.Казунин Д.В, Антипин А.В. Уравнение состояния топлив // Сб. научных, трудов НГМА. - Новороссийск, 1996. - вып.1,- С.161-166.

28.Казунин Д.В, Васькевич Ф.А. Влияние трения в трубопроводе топливной аппаратуры на затухание импульса давления // Сборник научных трудов НГМА -Новороссийск, - 1996. - вып.1. - С.204-211.

29.Казунин Д.В., Васькевич Ф.А. Топливный стенд. Методика проведения испытаний // Сборник научных трудов НГМА - Новороссийск, - 1996. - вып.1. -С.198-204.

30.Kazunin D., Kozhevnikov A., Mjagkov V., Masenko S., Kazunina О. Crude oil tanker simulator // MEET99 Maritime Engineering: Education and Training. Proceedings of International symposium. - S.Petersburg. - 1999. - P.167 -180.

31.Kazunin D. Cargo simulation. // LNG Industry, a supplement to hydrocarbon engineering, autumn 2006, ISSN 1468-9340, P.100-104.

32.Kazunin D., Buturlimov O. LNG processing simulation. // LNG Industry, a supplement to hydrocarbon engineering, summer 2008, ISSN 1468-9340, P 41-46.

33.Kazunin D., Wagstaff G., Park T. A contemporary cargo carrier.//LNG Industry, a supplement to hydrocarbon engineering, summer 2009, ISSN 1468-9340, P 33-38.

34.Разработка технологии создания средств подготовки персонала перспективных морских нефте-газовых платформ по отработке операций обеспечения добычи угдеводородов на арктическом шельфе. Пояснительная записка к эскизно-техническому проекту, выпуск № 40018, СКБВ.466957.101 ПЗ. Гл. конструктор Казунин Д.В. № Гос. Регистр. 9411.1007400.09.089. С-Петербург, Транзас, 2009, с.401.

Автор выражает благодарность д. т. н., профессору кафедры Судовых двигателей внутреннего сгорания Государственной морской академии им. С.О.Макарова Сергею Васильевичу Камкину) за предоставленные консультации по теме работы.

Формат 60 х 84 /16. Бумага офсетная. Печать ризограф. Объем 2 п.л. Тираж 120. Заказ №14.

Типография ГОУ СПО Санкт-Петербургского Государственного Издательско-Полиграфического Техникума. 199004, С-Петербург, Васильевский остров, 5-я линия, д. 28.

Введение.

1. Требования современных международных документов к треражеру ЬСНК. Базовая структура тренажера и основные функции.

1.1 Требование Конвенции ПДМНВ-95 к тренажеру.

1.1.1. Требования ПДМНВ к составляющим тренажерной подготовки.

1.1.2. Требование конвенции к набору систем обучаемого.

1.2 Основные требования Модельных курсов ИМО к тренажеру.

1.3 Основные требования классификационных обществ, эксплутационно-нормативных документов к тренажеру.

1.4 Обобщенные требования к модулям и функциям тренажера.

1.5 Обобщенные требования к математической модели.

1.5.1. Состав моделируемых систем тренажера ЬСНБ и их композиция для программной реализации.

1.5.2. Список основных требований к математической модели.

1.6 Анализ разработок, представленных на рынке ЪСЖ в 1997-2002 году. Достоинства и недостатки. Коррекция наших представлений с учетом выполненных разработок.

1.6.1. Консоли управления. Пользовательский интерфейс.

1.6.2. Математическая модель.

1.6.3. Модуль модели по расчету посадки и прочности корпуса судна.

1.6.4. Учебные возможности тренажера. Методика обучения.

1.6.5. Сетевое окружение.

1.6.6. Модуль «Инструктор».

2. Архитектура тренажеров грузобалластных и технологических операций на танкерах и терминалах.

2.1 Задачи программных модулей тренажера.

2.1.1. Внешние данные программных задач.

2.1.2. Задачи программного модуля «Обучаемый».

2.1.3. Задачи программного модуля «Инструктор».

2.1.4. Задачи программного модуля «Сетевое окружение».

2.2 Организация модулей тренажера.

2.2.1. Организация внешних данных модулей. Упражнение.

2.2.2. Организация внешних данных модулей. Пленка.

2.2.3. Организация чтения внешних данных модулем «Консоль».

2.2.4. Обобщенная организация взаимодействия программных модулей

2.2.5. Организация функционирования модулей.

2.3 Концепция программной реализации модулей тренажера.

2.3.1. Основные требования к программной реализации задач.

2.3.2. Реализация задачи «Модель».

2.3.3. Реализация задачи «Консоль Обучаемого».

2.3.4. Реализация задачи «Консоль Инструктора».

2.3.5. Концепция задачи «Оповещение об изменениях» модуля «Сетевое окружение».

2.3.6. Ограничения на размещение задач модулей тренажера.

2.3.7. Реализация модуля «Распространение изменений по сети».

3. Математическая модель изотермического нестационарного потока сжимаемой жидкости.

3.1 Движение изотермического, нестационарного потока сжимаемой жидкости в трубопроводе.

3.2 Метод характеристик.

3.3 Упрощенная процедура Годунова.

3.4 Расчет параметров на границе по полной процедуре Годунова.

3.5 Расчет параметров на участке по квазиодномерной методике.

3.6 Расчет параметров в случаях, когда одна граница участка подвижна, не подвижна, является стоком или бесконечным объемом.

3.7 Расчет параметров в канале со скачком площади поперечного сечения. .:.

3.8 Расчет параметров в канале с поворотом.

3.9 Расчет параметров в канале со скачком площади поперечного сечения и подвижной стенкой, открывающей щель стока.

3.10Расчет параметров в канале с внешним источником энергии.

3.11 Расчет параметров в канале с разделением потока по ветвям и скачком площади поперечного сечения.

3.12Методика построения расчетной области.

3.13 Проверка адекватности математической модели экспериментальным данным.

4. Исследование свойств перекачиваемых сред.-.

4.1 Масштабы. Бинодаль. Обобщенное уравнение бинодали.

4.2 Определение термических и калоримертических параметров на линии испарения.

4.3 Выбор типа уравнения состояния.

4.3.1. Вывод коэффициентов уравнения состояния по экспериментальным данным.

4.3.2. Вывод уравнения состояния жидкости на основе теории обобщенных параметров.

4.4 Термические соотношения, линеаризуемые по опорным точкам.

4.5 Калориметрические соотношения, линеаризуемые по опорным точкам.

4.6 Линеаризация зависимостей трения в трубах.

5. Моделирование нестационарного фазового перехода однокомпонентного вещества в инертную среду в режиме реального времени.

5.1 Основные допущения и область ограничения состояний веществ в Р-Т координатах тренажерной задачи.

5.2 Термические и калорические уравнения состояния.

5.3 Основные понятия динамики смеси пара и нейтрального газа.

5.4 Уравнение баланса для сосуда с испаряющейся жидкостью.

5.5 Наиболее распространенные частные случаи.

5.6 Построение численной схемы.

5.7 Коэффициенты теплопереноса.

5.8 Проверка адекватности модели.

6. Изотермическая модель квазистационарного потока несжимаемой жидкости. Разделенный опорный расчет. Многокомпонентная, двухфазная среда.

6.1 Постановка задачи. Нелинейная сетевая задача.

6.2 Функции проводимости. Теория течения однофазной среды.

6.3 Пассивные элементы системы. Двухпроточные клапаны.

6.4 Функция коррекции величины потока. Невозвратный регулирующий клапан и клапан-корректор.

6.5 Методика выбора функции коррекции параметров.

6.6 Моечные машинки. Мойка танков сырой нефтью.

6.7 Центробежные нагнетатели и объемные насосы.

6.8 Преобразование тройников в двухполюсные ребра. Воздушный колпак. Эжектор.

6.9 Теплообменный аппарат. б.ЮВнешние объекты сети. Фазовый переход в малых танках и трубах, i

Течение разных фаз и газа по трубам.

6.11 Особенности численной реализации процесса смешения в трубах.

Температуры и концентрации.

7. Оптимизация вычислений для сложных топологических схем. Графовые алгоритмы.

7.1 Представление топологической схемы в виде несимметричной матрицы связей.

7.2 Оптимизация стандартных методов решения сетевой задачи.

7.2.1. Исследованные методы решения, в которых расчетная область тесно связана с программным кодом.

7.2.2. Исследованные методы решения, в которых расчетная область отделена от программного кода.

7.2.3. Оптимизация методов решения сетевой задачи.

7.3 Представление топологической схемы в виде несимметричной матрицы связей.

7.3.1. Выделение из системы уравнений несимметричной матрицы связей

7.3.2. Динамически определяемая матрица связей.

7.4 Выделение максимально полной трансверсали.

7.4.1. Алгоритм поиска максимально возможной трансверсали.

7.4.2. Исключение неопределенных уравнений и получение полной трансверсали несимметричной матрицы связей. Постороение орграфа.

7.5 Выделение сильных компонент орграфа.

7.5.1. Сильные компоненты орграфа.

7.5.2. Алгоритм Duff для отыскания сильных компонент орграфа.

7.6 Структура данных модели.

7.7 Организация блока расчета. Диаграммы взаимодействия объектов.

7.8 Структура работы расчетного блока с использованием графовых алгоритмов.

7.9 Результаты применения выполненных исследований.

Перестройка закончилась развалом Российской экономики, застоем в науке и кризисом в образовании. Начиная с 1992 года, огромное количество технически образованных людей покинули страну или занялись индивидуальной предпринимательской деятельностью. Дефолт 1998 года еще более усугубил ситуацию. Именно в этих условиях в нашей стране началось внедрение принятой в 1995 году конвенции «Подготовка и дипломирование моряков и несение вахты» (ПДМНВ-95).

Актуальность работы: Конвенция по «Подготовке и дипломированию моряков и несению вахты» (ПДМНВ-95) поставила ряд новых задач перед морскими администрациями стран-участниц. Одна из этих задач - разработка тренажеров, предназначенных для подготовки, оценки компетентности и для отработки навыков поведения в повседневных и аварийных ситуациях.

В соответствии с конвенцией ПДМНВ-95, необходимы четыре типа тренажеров. Для обучения функциям «Навигация», «Радиосвязь», «Управление энергетической установкой» потребовались тренажеры маневрирования (САПР), глобальной связи (GMDSS) и энергетической установки (ERS) соответственно. А для функции «Управление грузовыми операциями» было необходимо разработать тренажер грузо-балластных операций (LCHS), который должен был стать одним из четырех основных типов тренажеров, используемых для подготовки моряков. В отличие от других типов, этот тренажер используется в базовой подготовке, как навигаторов, так и судовых механиков.

Работа посвящена созданию математической модели применительно к разработанной структуре тренажера грузо-балластных операций (LCHS), который ориентирован на решение задачи подготовки специалистов, отвечающих за технологию погрузки танкеров.

Созданию системы разработки тренажера LCHS и посвящена эта работа. Следует отметить, что поставленная задача имела государственный уровень. В нашей стране, аналогичных разработок в 1998 году не проводилось, а подобную задачу Государственная служба Минтранса России поставила только 21.01.2004, объявив открытый конкурс среди научных организаций на разработку НИОКР: «Разработка методологического и программного обеспечения для создания тренажера по загрузке, выравниванию аварийного судна и восстановлению его остойчивости», таким образом, опоздав на 6 лет. В результате в 1997 году на мировом рынке конкурентная борьба развернулась между производителями Норвегии (Norcontrol), США (Ship Analytics), Японии (MOL), Китая (Maritime Institute), Италии (Sindel) и Голландии.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы следующие задачи:

• разработать функциональность тренажера и его архитектуру в соответствии с требованиями конвенции ПДМНВ-95;

• определить допустимую глубину математического моделирования и определить специальные требования к численной модели;

• разработать математическую модель тренажера, обеспечить высокую скорость расчета единичного цикла;

• создать технологию воспроизводства тренажера и его масштабирования. Работа состоит из 7-ми глав:

В первой главе приводится краткий обзор постулатов конвенции ПДМНВ-95, международных судостроительных и технологических документов, анализ которых позволил сформулировать основные требования к математической модели и основным функциям тренажера.

Вторая глава посвящена разработке архитектуры тренажера, разбивке функций на программные задачи с учетом их учебной функциональности и технологичности процесса разработки.

Третья глава посвящена разработке изотермической нестационарной модели течения по трубам при допущении, что сжимаемость жидкости и скорость звука зависят от давления. Приведены результаты сравнения расчета и эксперимента.

Четвертая глава посвящена исследованию свойств сред, используемых в тренажере и характеру течений в трубах. Применена теория обобщенных безразмерных величин для определения (прогнозирования) характеристик сред с помощью масштабных коэффициентов. Исследован предложенный для различных веществ (углеводородных жидкостей-газов) механизм расчета параметров кривой возгонки, теплоты парообразования и построения г-я диаграммы.

Пятая глава посвящена разработке теории фазового перехода в танке для расчетов в режиме реального и ускоренного времени на основе квазиодномерного подхода, реализованного для однокомпонентной. жидкости, находящейся в многокомпонентной инертной среде.

Шестая глава посвящена разработке высокоскоростной квазистационарной математической модели течения по трубопроводам при допущении о несжимаемости жидкости. Приведены функции проводимости объектов системы для решения поставленной сетевой задачи. Исследована их устойчивость.

Седьмая глава посвящена исследованию традиционных методов решения сетевой задачи, а также применению новых алгоритмов, построенных на основе современных методов представления данных. В работе применены и дополнены отдельными решениями графовые алгоритмы, разработанные в Оксфордском университете с 1979-1982, которые применены для высокоскоростных вычислений. Примененные алгоритмы являются относительно новыми методом при решении поставленной нами сетевой задачи и связанных с ней матричных вычислений.

В работе подробно рассмотрено ядро математической модели тренажера — гидродинамическая модель течений, но при этом оставлен без внимания фрагмент расчета прочности и посадки, остойчивости корпуса судна (ЬС8) и прочностные расчеты элементов конструкции, на основе которых принимается решение о «поломке», а также методики расчета систем автоматики и специализированные эффекты отдельных изолированных процессов (например диффузии и т.д.).

Область применения: результаты работы могут быть использованы для создания учебных приложений, а также для имитационного моделирования при создании эскизных проектов систем управления реальных судов с целью: 1) оценки рабочих диапазонов; 2) определения зон перегрузок, описания переходных процессов; 3) оптимизации конструктивных элементов схем трубопроводов, систем их управления; 4) отработки эргономики интерфейса. От фирм Kverner в 2003 и Hyundai в 2006 поступали предложения по предварительному созданию тренажера для системы управления грузовыми системами танкеров класса LNG.

Научная новизна: в результате комплекса представленных в работе исследований решена важная народно-хозяйственная проблема по созданию математической модели и программных технологий, которые позволили разработать новые типы средств обучения в рамках современных международных требований (ПДМНВ-95), разработать систему построения и клонирования тренажеров грузо-балластных операций (LCHS).

На защиту выносится:

• общая имитационная численная модель, описывающая поведение грузо-балластных и технологических систем современных нефтяных, химических, продуктовых, газовых танкеров, терминалов, выполняющая вычисления в режиме реального и ускоренного времени для сетей сложной топологии;

• локальная имитационная математическая модель, описывающая распространение ударных волн и волн разрежения по фрагментам трубопроводной сети реальной геометрии, включающей технические устройства;

• имитационная модель свойств транспортируемых по трубопроводной сети веществ на основе теории обобщенных параметров;

• эффективный численный алгоритм решения системы предварительно подготовленных уравнений, описывающих технические элементы гидравлической сети сложной топологии, реализованный на ЭВМ и проверенный с помощью вычислительного эксперимента;

• новая структура нового программно реализованного распределенного учебно-вычислительного комплекса (тренажера), которая для имитации учебной среды включает: 3D визуализацию виртуальной среды, консоли управления для решения задач диспетчерского круга, математические модели, приложение инструктора и сеть, служащую для синхронизации задач класса и позволяющую выполнять совместные операции в единой учебной группе в рамках единой топологии гидравлической сети, включающей: грузовые, зачистные, балластные и газовые системы танкеров и терминала;

• основные принципы решения прикладной задачи по созданию LCHS тренажера как средства обучения, соответствующего современным требованиям конвенции ПДМНВ-95 и позволяющего непрерывно выполнять любую последовательность технологических операций в рамках единого упражнения для групп "терминал и два танкера" в составе сетевого класса, состоящего из 36 компьютеров под управлением инструктора;

Исследования проводились в компании Транзас и на кафедре судовых двигателей внутреннего сгорания Государственной Морской Академии им. С.О.Макарова при консультировании д.т.н., профессора С.В.Камкина. Разработка методов моделирования нестационарных потоков сжимаемой жидкости и фазовых переходов выполнена при консультировании д.ф.-м.н. профессора СПбГУ С.К.Матвеева. Испытания нефтепродуктов выполнены в лаборатории «Раскон Аналит» при участии и консультировании к.т.н., доцента НГМА А.С.Трусова. Исследование нестационарного режима течения в трубах выполнено при участии к.т.н., доцента, старшего механика Unicom Ф.А.Васькевича. Программная реализация, отработка алгоритмов тренажера, выполненных в компании Транзас Марин с 1998 по 2001 гг, производилась при участии и поддержке к.т.н. A.B. Кожевникова, который также определил архитектуру первых проектов тренажера грузобалластных операций: LCC и LPG танкеров.

Внедрение результатов работы, на сегодняшний день разработанные соискателем тренажеры LCHS установлены более чем в 50-ти учебных центрах 25 стран мира (см. Приложение 1, акт 2003 года), в том числе в 7-ми учебных центрах нашей страны.

Апробация работы: материалы диссертационной работы докладывались на заседаниях кафедры Судовых двигателей внутреннего сгорания государственной морской академии им. С.О. Макарова с 1992 по 2000 год. Отдельные положения диссертации докладывались автором на следующих конференция и семинарах.

• На конференциях: ГМА им.Макарова в 1991, 1992, 1997 годах; МЕЕТ'99: Marine Engineering (education and training), проводимой институтом морских инженеров Англии; 4-й международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2003» в С-Петербургском государственном политехническом университете в июне 2003; Sixth International Conference on Engine Room Simulators (ICER), Wuhan, China 2004; LNG TECH Global Summit "Liquefaction, Transaportation", Севила, Испания, май 2006; 14th International

Navigation Simulator Lecturers Conference, INSLC 14, Генуя, Италия, июль 2006; международных конференциях по тренажерой тематике: МЕВА (США), июль 2005, Гетеборгский университет (Швеция), июль 2007; «Нефтекадры-2008» г.Москва; международной конференции «Sakhalin Oil and Gas 2009, Sep.30-Oct.2, 2009, Yuzhno-Sakhalinsk» (Россия).

• На семинарах: 120-ом Всесоюзном межотраслевом научно-техническом семинаре в Ленинграде в 1991 году; на 388-ом заседании Всесоюзного научно-технического семинара в МГТУ им. Баумана; на научных семинарах СПбГТУ в мае 1999 и феврале 2002 по тренажерной тематике для морских приложений; Blackpool and the Fly de college (Fleetwood, Англия ) семинаре' по тренажерной тематике в июле 2000 года; на российско-финском семинаре по судостроению и судоходству, СПб., март 2005; семинаре "Вопросы подготовки и аттестации персонала танкеров", ГМА им.Макарова, 2005; Marine training and appraisal systems, Афины, Греция, май 2006.

• Программный код выполненного при участии автора тренажера установлен и доступен в рабочем состоянии в настоящий момент в учебных центрах мира, где он эксплуатируется в процессе подготовки и проверки знаний специалистов, отвечающих за выполнение грузо-балластных операций газо- и неф-те- перегрузочного комплекса. Отзыв о работе тренажерной системы, данный одним из российских пользователей представлен в Приложение 2. Дополнительно программный комплекс демонстрировался в разные годы в ходе международных выставок: "Нева" - 2001, 2003, 2005, 2007, 2009 (С-Петербург, Россия,); Gas Tech 2006 (ОАЭ, Абу-Даби); SMM-2004, 2006, 2008 (Гамбург, Германия) и ряда др.

По теме диссертации опубликована монография и 33 печатных работы, в числе которых 11 работ, опубликованных в изданиях, рекомендованных в ПеI речне ВАК, 2 авторских свидетельства, 2 патента на изобретение, 2 свидетельства о регистрации программ, 3 публикации в материалах международных конференций и 13 - в других изданиях.

Экономические результаты от внедрения работы автора подтверждены актом о внедрении предприятия (Приложение 3).

Представленный в Приложении 4 акт морской администрации страны- участницы конвенции ПДМНВ-95 свидетельствует о том, что принятые автором в работе решения позволили создать тренажер, соответствующий требованиям конвенции, и решить поставленные в работе задачи. Подтверждением международного признания работы явилось то, что: 1) изданный в 2007 модельный курс ИМО 1.36 в качестве примера на стр. 39-56 включает именно разработанный нами тренажер в качестве примера и 2) то, что регистр судоходства Украины признал тренажер соответствующим для подготовки экипажей танкеров (акт приведен в Приложении 4).

LCHS

CBT

LCS

VOC МОД сод

HWS sws ДУ

ТА

ПДМНВ 95 STCW 95

MARPOL 73/78

ISGOTT SOLAS 74 IBC Code

SOPEP IGC Code

OPA 90 OCIMF ICS

SIGGTO

СОКРАЩЕНИЯ

- Liquid Cargo Handling Simulator - тренажер грузобалласт-ных операций

- Computer Based Training - программный продукт, переходный между тренажером и электронным учебником

- Load Control System - программа расчета прочности корпуса судна

-Volatile Organic Compounds

- Малооборотные дизельные двигатели

- Среднеоборотные дизельные двигатели

- Тренажеры, использующие реальные органы управления и индикации

- Тренажеры использующие экранные органы управления и индикации

- дифференциальное уравнение

- топливная аппаратура

Список сокращений названий документов

- конвенция о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты

- International Convention on the Standards of Training, Certification and Watchkeeping for Seafarers, 1978, as amended in 1995

- International Convention for the Prevention of pollution from Ships, 1973/78

- International Safety Guide for Oil Tankers & Terminals.

- International Convention on the Safety of Life at Sea 1974

- International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Dangerous Chemicals in Bulk

- Shipboard Oil Pollution Emergency Procedures

- International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk

- US Oil Pollution Act 1990

- Oil Companies Marine Forum

- International Chamber of Shipping

-International Society for Gas Tanker and Terminal Operators

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ а(р),а — скорость распространения волн давления в топливе, м/с.

B(t),B — постоянная уравнения состояния жидкости, МПа. к — фактор гидравлического сопротивления, Усек.

Р,Р — давление, Па. и - приведенное давление, % = Р/Ркр.

T,t - температура, °К,°С. и,U, u,w - скорость, м/с.

W(x), W — скорость движения стенки, м/с. рЯ — плотность, кг/м3.

RPM - частота вращения, об/мин. т — время, с.

X - пространственная координата, м.

L, d - длина и диаметр канала, м. и - удельный обьем, м /кг.

S,A,f - площадь, м2. a ,ß - коэффициент сжимаемости, Н"1. а л - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м К).

- коэффициент диффузии (1/м).

D л - коэффициент диффузии (м /с).

M - масса, кг.

• m - массоотток с поверхности жидкости в газ кг/(м2с).

V - объем, м3. g - ускорение свободного падения, м/с2.

Q - количество тепла, Дж.

X — коэффициент теплопроводности, Вт/(м- К). я - коэффициент гидравлического сопротивления трения. i - энтальпия, Дж/кг. с — удельная теплоемкость, Дж/(кг К).

7 — расход, кг/с. 2

Я/ > Ч&> -тепловой поток, Дж/м с. г — теплота парообразования, Дж/кг. массовая концентрация пара.

Z — высота, м. г - фактор сжимаемости.

Индексы подстрочные и надстрочные п - нижняя граница в - верхняя граница 1,],п,т — индексы. о - начальное состояние £-газ

I— жидкость

5" -поверхности раздела фаз " - сухой насыщенный пар ' -жидкость в насыщенном состоянии кр — критическая точка к - точка кипения

V— пар среды проходящей фазовый переход в процессе

N - пар нейтральной среды, не проходящей фазовый переход в процессе УЫ- комбинированные параметры * - параметр рассчитываемый специальным численным приемом

- осредненныи специальным образом параметр Е — суммарная Т - изотермический р - изобарный v - изохорный л - ламинарный н - наружный см - смесь т - труба ф — фазовый э - эквивалентный эф — эффективный s - относящийся к температуре насыщения, на линии насыщения шах - максимальный min — минимальный

ВЫВОДЫ

1 .Выполнен анализ стандартных методов расчета для сетевых задач.

2.В работе предложена реализация графовых алгоритмов для разбиения системы нелинейных уравнений на подчиненные, последовательно разрешаемые блоки, что является новым и мало проверенным подходом.

3.Построен и реализован алгоритм поиска решения для системы уравнений соответствующей сложной топологии гидравлической сети.

4.Эмпирически проверена правомерность этого подхода для решения систем специальным образом подготовленных уравнений вида ра,рр, цар | дар \) - 0, о которых речь шла в главе 6.

5.Применены и взаимоувязаны в необходимые (для решения нашей задачи) последовательности современные алгоритмы:

• алгоритм построения максимально полной трансверсали;

• алгоритм построения орграфа;

• алгоритма выделения максимально независимых блоков и их подчиненности в виде сильных компонент орграфа;

• алгоритмы Ньютона-Рафсона, Гаусса с выбором главного элемента.

При реализации и построении взаимодействия стандартных алгоритмов нами самостоятельно решены следующие задачи:

• выбраны и реализованы наиболее эффективные форматы хранения данных;

• разработан и реализован механизм транспонирования топологии гидравлической схемы в систему предварительно подготовленных, нелинейных уравнений с возможностью их динамической замены по управляющим воздействиям, что позволило решить проблему "протекания" клапанов, описанную в главе 6;

• реализован механизм автоматического выделения из полученной системы уравнений матрицы связей (как структурно определенных, так и неопределенных);

• для случая с избыточными уравнениями системы разработан и реализован механизм предопределенного исключения уравнений из системы с помощью построения максимально полной трансверсали для матрицы связей, полученной чуть выше;

• разработана и реализована процедура численного дифференцирования с автоматическим выбором точности в методе Ньютона-Рафсона;

• разработан и реализован механизм восстановления данных, поврежденных графовыми алгоритмами, к их исходному виду. б.Показана эффективность предложенных алгоритмов для решения больших систем с разряженными матрицами, которые имеют изолированные под блоки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В заключении можно сформулировать следующие основные выводы:

1. Изучены и обобщены международные документы, на основе которых сформированы функции и перечень систем ЬСН8 тренажера, а также определены основные допущения к математической модели.

2. Выполнена систематизация функций тренажера и сформированы программные модули, из которых построена архитектура тренажера, а также представлена диаграмма использования модулей тренажера. Ключевые решения:

2.1. Выделеные функции управления и отображения модулей «Инструктос ра» и «Обучаемого» объединены в одной задаче - «Консоль », в которой собрана повторяющаяся функциональность задач, составляющих эти модули.

2.2. Разделены данные консоли и модели принципиально на «управляющие» воздействия и «отклик-реакцию» расчета, что позволило, в сочетании с использованием данных <имя><величина>, - защитить приложения от потери данных.

2.3. Использовано единое пространство глобальных имен для всего тренажера в результате создания уникальных имен переменных\<м?огк $расё> <компъютер> <задача> <имя величины> <##>. В результате получена Одноуровневая иерархия адресаций, которая позволила создать динамическое отслеживание изменений переменных и приложений.

3. Описаны принципы факторизации вычислительной Модели и построения трафаретных Консолей управления.

4. Выполнена разработка численного имитатора гидроудара в разветвленной трубопроводной сети переменного сечения:

4.1. Разработана численная схема счета по обобщенной процедуре Годунова (распад произвольного разрыва), позволяющая учитывать более общее уравнение состояния в форме степенного уравнения Тейта. Схема позволяет описывать движение изотермического, нестационарного потока сжимаемой жидкости в трубопроводе переменного сечения, Т-образного сочленения - как для волновых процессов, так и для обычного переносного течения.

4.2. Разработана численная схема счета процессов в различных элементах гидравлической системы, которая позволяет учесть всю сложность конфигурации трубопроводов, многообразие ее элементов и учитывает зависимость скорости звука, плотности среды от давления. Комплекс этих мероприятий позволяет обеспечить относительную интегральную ошибку до 2,5%.

4.3. Для быстрой оценки параметров гидроудара (необходимого для задания первого приближения распределения параметров) предложена более рациональная интерпретация схемы счета методом характеристик, счет по которому выполняется в 18,5 раз быстрее, а относительная интегральная ошибка не превышает 3,5%.

5. Исследована возможность применения обобщенной теории безразмерных величин для расчета свойств веществ при решении задач ЬСНБ тренажеров, на ее основе определены термические (уравнения состояния, бинодаль) и калориметрические зависимости, даны рекомендации по выбору коэффициентов для решения задачи ЬСНЭ тренажеров.

5.1. Дополнительно выполнен обзор, выбран тип уравнения состояния, пригодного для решения нашей задачи, а также разработана расчетно-экспериментальная методика полпучения его коэффициентов,

5.2. Исследованы обобщенные зависимости, позволяющие получать точные базовые функции для широкого круга веществ по минимальному набору данных.

5.3. Проверена возможность получения опорных точек и линеаризации величин с минимальным количеством расчетных участков. Выполнена проверка адекватности предложенного подхода, произведена оценка погрешности получаемых результатов.

6. На основе обзора литературных данных и выполненных расчетных экспериментов определены зависимости для расчета потерь на трение в трубопроводах при стационарном течении.

Для квазистационарного режима течения решены следующие задачи: описаны причины сделанных допущений, определены границы используемой теории, а также описаны примененные зависимости для определения потерь на трение и приемы, используемые для линеаризации по выделенным характерным точкам кривой коэффициента трения.

7. Для расчетов в режиме реального времени разработана численная схема фазового перехода для криогенных жидкостей в замкнутом объеме газового танка, в которых один компонент проходит фазовый переход в газовую среду с инертным газом.

С учетом специфики тренажерной задачи и свойств среды (главы 4) структурированы и раздельно записанные уравнения для жидкости, газа, а также слоя Кнудсена с целью возможности применения алгоритмов главы 7.

Дополнительно в работе выполнена проверка адекватности численного расчета, поясняются отдельные неочевидные моменты, которые позволяют пояснить физический смысл уравнений системы.

8. В рамках стационарного подхода показаны примененные методы выделения и масштабирования отдельных явлений гидравлической сети, которые позволили для набора наиболее важных контролируемых параметров,- разложить сложные объекты на простые расчетные элементы в рамках связанной топологии сети. '

Этот подход позволяет описывать поведение объекта минимально необходимым набором зависимостей, которые определяют его видимое поведение в наиболее важных точках и обеспечивают максимальную скорость вычислений для всей связанной сети. Необходимые специальные эффекты моделируются логическими воздействиями на простые технические элементы, вызывая возмущение всей сети.

9. Записаны функции проводимости для наиболее важных технических элементов, которые используются в LCHS тренажерах, с учетом специфики решаемой задачи. При этом, допуская грубые приближения в расчетных формулах, - обеспечено соблюдение основных законов сохранения, которые обеспечивают качественное совпадение результатов для всей системы в области нормальной операционной деятельности, но и в области аварийных, и пост аварийных состояний, которые выходят за рамки стандартных научных расчетов

10. На примерах показаны методы специальной подготовки и формирования функций проводимости f(x,y,z)=0 простых технических элементов, узлов и граничных условий.

Специальная подготовка функций обеспечивает возможность применения полученных зависимостей в графовых алгоритмах и выполнять вычисления в режиме реального времени.

11. Выполнена проработка и показана реализация: наиболее важных квазистационарных эффектов и фазовых превращений среды в малых граничных объектах и трубах; демпферов и компенсаторов расчетной неустойчивости.

Показана область допустимого использования и способы выбора начального приближение для заранее неопределенных задач, которые определяют выбор диапазона эксплутационных и аварийных ограничений на степень свободы системы и как следствие - существенным образом влияет на точность вычислений.

12. В работе предложена реализация графовых алгоритмов для разбиения системы нелинейных уравнений на подчиненные, последовательно разрешаемые блоки, что является новым и мало проверенным подходом.

13. Построен и реализован алгоритм поиска решения для системы уравнений, соответствующей сложной топологии гидравлической сети путем последовательного применения алгоритмов поиска максимально полной трансвер-сали, выделения сильных компонент орграфа и Ньютона-Рафсона. При peaлизации и построении взаимодействия стандартных алгоритмов нами самостоятельно решены следующие задачи:

13.1. Выбраны и реализованы наиболее эффективные форматы хранения данных.

13.2. Разработан и реализован механизм транспонирования топологии гидравлической схемы в систему предварительно подготовленных, нелинейных уравнений с возможностью их динамической замены по управляющим воздействиям, что позволило решить проблему "протекания" клапановописанную в главе 6.

13.3. Реализован механизм автоматического выделения из полученной системы уравнений матрицы связей (как структурно определенных, так и неопределенных).

13.4. Для матрицы связей (со структурным дефектом, вызванным избыточными уравнениями системы) разработан и реализован механизм предопределенного исключения уравнений из системы с помощью построении максимально полной трансверсали и получение орграфа.

13.5. Разработана и реализована процедура численного дифференцирования с автоматическим выбором точности в методе Ньютона-Рафсона и механизм восстановления данных, поврежденных графовыми алгоритмами, к их исходному виду.

14.Эмпирически проверена правомерность этого подхода для решения систем специальным образом подготовленных уравнений вида/(ра, рр, цар | £/«/; |)= О о которых речь шла в главе 6. Показана эффективность предложенных алгоритмов для решения больших систем с разряженными матрицами, которые имеют изолированные подблоки.

1. Подготовка к дипломированию моряков и несение вахты». — СПб ЦНИИМФ. -1997.-550 с.

2. Kazunin D., Kozhevnikov A., Mjagkov V., Masenko S., Kazunina О. Crude oil tanker simulator // MEET99 Maritime Engineering: Education and Training. Proceedings of International symposium. S.Petersburg. - 1999. - P.167 - 180.

3. Казунин Д.В. Численное моделирование технологических процессов танкеров и терминалов: монография, Новороссийск: МГА им.Ушакова, 2009268 с.

4. Маценко С.В., Казунин Д.В. Оценка уровня квалификации операторов грузовых систем нефтяных терминалов // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2005. № 3. С. 57-62.

5. IMO Model Course 7.01: Master and Chief Mate, IMO, Portsmouth, 1999, p.498.

6. IMO Model Course 7.02: Chief and the Second Engineer Officer, IMO, Portsmouth, 1999, p.442.

7. IMO Model Course 7.04: Engineer Officer in Charge of Watch, IMO, Portsmouth, 1999, p.341.

8. IMO Model Course 7.03: Officer in Charge of Navigational Watch, IMO, Portsmouth, 1999, p.582.

9. IMO Model Course 2.06: Oil Tanker Cargo and Ballast Handling Simulator, IMO, Portsmouth, 2002, p.98.

10. IMO Model Course 1.35: Liquefied Petroleum Gas (LPG) Tanker Cargo and Ballast Handling Simulator, IMO, London, 2007, p. 136.

11. IMO Model Course 1.36: Liquefied Natural Gas (LNG) Tanker Cargo and Ballast Handling Simulator, IMO, London, 2007, p. 112.13.1MO Model Course 1.37: Chemical Tanker Cargo and Ballast Handling Simulator, IMO, London, 2007, p.l08.

12. IMO Model Course 1.01: Tanker Familiarization, IMO, Portsmouth, 2000, p. 198.

13. IMO Model Course 1.02: Specialized Training Program for Oil Tanker Operations, IMO, Portsmouth, 1999, p.218.

14. IMO Model Course 1.04: Specialized Training Program for Chemical Tankers, IMO, Portsmouth, 1999, p.236.

15. IMO Model Course 1.06: Specialized Training Program for Liquefied Gas Tankers, IMO, Portsmouth, 1999, p.201.

16. International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Dangerous Chemicals in Bulk (IBC code), IMO, Portsmouth, 1998, p.65.

17. International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk. (IGC code), IMO, Portsmouth, 1993, p.65.

18. International Safety Guide for Oil Tankers & Terminals (ISGOTT). Fourth edition, Witherby, London 1996, p.289.

19. Liquid Gas Handling Principles on Ships and Terminals. Second edition, Witherby, London 1996, p 276.

20. Системы мойки сырой нефтью. (Crude oil washing System) пересмотренное издание. С-Пб, АОЗТ ЦНИИМФ. 1995. с. 175.

21. Руководство по перекачке с судна на судно, С-Пб, АОЗТ ЦНИИМ.1995. с.67.

22. Система инертного газа. Руководство по безопасному применению инертного газа. С-Пб, АОЗТ ЦНИИМФ. 1996. с.210.

23. Marine Terminal Training and Competence Assessment Guidelines for Oil and Petroleum Product Terminals. OCIMF Program, Produced by C-MIST, Edinburgh, UK, 660 p.

24. Training of terminal stuff involved in loading and discharging gas carriers, Published by SIGTTO, London, UK, 785 p.

25. LICOS a New Liquid Cargo Operations Simulator// E/E Ernstbbunner, M L Barnett., The Institute of Maritime Engineers Second International Conference. Marine Communications and Control, London, 21-23 November 1990 , p89-97.

26. Казунин Д.В., Бутурлимов O.B., Ушаков B.B. Система для визуализации и управления сети сложной топологии/ Патент на полезную модель RU 74496 U1, МПК 7 G06F 3/14.1. Глава 2

27. Казунин Д.В., Бутурлимов О.В., Ушаков В.В. Способ визуализации и управления в сети сложной топологии и система для его осуществления / Авторское свидетельство RU 2008109514, МПК 7 G06F 3/14.

28. Казунин Д.В., Комраков Е.В., Мужиков Н.В., Бутурлимов О.В., Ганжа Е.А. Тренажер грузобалластных и технологических операций на танкерах и береговых терминалах / Патент на полезную модель RU 43094 U1, МПК 7 G09B 9/00.

29. Казунин Д.В., Комраков Е.В., Мужиков Н.В., Бутурлимов О.В., Ганжа Е.А. Тренажер грузобалластных и технологических операций на танкерах и береговых терминалах / Авторское свидетельство RU 2004125570/28, МПК G09B 9/00.

30. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. СПб, Невский Диалект, 1998 560с.

31. Мейерс С. Эффективное использование STL. СПб, Питер, 2002 224 с.35,Олифер В.Г., Олифер H.A. Новые технологии и оборудование IP-сетей.1. СПб, БХВ, 2000-512 с.

32. Зб.Олифер В.Г., Олифер H.A. Сетевые операционные системы. Учебник. СПб, Питер, 2001 -410 с.

33. Страуструп Б., Язык программирования С++. Специальное издание. Пер. с англ. М. ООО «Бином-Пресс», 2004 1104с. Главы III и IV.1. Глава 3

34. Матвеев С.К., Казунин Д.В. Уточнение метода характеристик в приложении к расчету топливной аппаратуры ДВС / Двигателестроение, 1991, № 5, С. 29-30.

35. Казунин Д.В., Матвеев С.К. Математическая модель процесса впрыска с учетом реальной геометрии топливной аппаратуры. Двигателестроение 1995 С. 19-23.

36. Казунин Д.В., Матвеев С.К. Математическая модель процесса течения в нефтепродуктопроводной сети с учетом реальной геометрии и динамических процессов. //Труды ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова №51(335) 2010. -С. 197-206

37. Казунин Д.В. Численная модель технических элементов для расчета процесса течения в разветвленных нефтепроводах. //Труды ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова №51(335) 2010. - С. 187-196

38. Казунин Д.В, ДЕП: Численное моделирование разделения топливной струи // Новороссийск, НГМА 1998; 19 с. - Рус. - Деп. в ВИНИТИЦентр, 01.04.98, №01980003320.

39. Васькевич Ф.А., Казунин Д.В., Хведелидзе А.Д. Теоретическая модель построения диагностических характеристик топливной аппаратуры судового дизеля// Двигателестроение, 2003, № 2, С. 42-45.

40. Оран Э., Борис Дж. Численное моделирование реагирующих потоков, М.: Мир, 1990.-661 с.

41. Гинзбург И.П. Прикладная гидрогазодинамика. Л.: Изд. ЛГУ, 1958. 338 с.

42. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям, М.: Машиностроение, 1992. 672 с.

43. Фомин Ю.Я. Топливная аппаратура судовых дизелей. М. Транспорт, 1966. -240 с.

44. Элементы САПР ДВС. Алгоритмы прикладных программ. / P.M. Петриченко. Л.: Машиностроение, 1990. — 353 с.

45. Lallement J. Etude du comportement dynamique des lignes hydrauliques / Les mémoires techniques du centre technicque des industries mécaniques CETIM, Senlis, France, n 27, September 1976.

46. Топливные системы и экономичность дизелей. / И.В.Астахов, Л.Н. Голубков, A.B. и др. М. Машиностроение, 1990. 288 с.

47. Численное решение многомерных задач газовой динамики. / С.К.Годунов, А.В.Забродин и др. М.: Наука, 1976. 400 с.

48. Керимов З.Х. Численное решение уравнений неустановившегося потока в нагнетательном трубопроводе системы впрыска ДВС / Сб. Научных трудов Аз.ПИ, Баку 1988, С. 62-69.

49. Яушев И.К. Распад произвольного разрыва в канале со скачком площади сечения //Изв.Сиб.отд. АН СССР, 1967, № 8, вып. 2, сер.тех.наук, С. 109-120.

50. Павлов C.B., Яушев И.К. Распад произвольного разрыва в канале с поворотом // Известия Сибирского отделения АН СССР, 1976, № 8, вып. 2, сер. тех. наук, -С. 23-28.

51. Яушев И.К., Черешнев А.П. К задаче о распаде разрыва в разветвленных каналах. В сб.: Численные методы механики сплошной среды, т.2, № 2 Новосибирск, изд. ВЦ СО АН СССР, 1971.

52. Ударно — волновые процессы в системах сжатого газа./ ред. В.Г.Дулов. — СПб. Издательство С.-Петербургского университета, 1998. 134 с.1. Глава 4

53. Казунин Д.В., Бутурлимов О.В. Оценка свойств перекачиваемых сред на основе метода обобщенных параметров в широком диапазоне состояний// Изв. вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. 2006. - Прил. №1, С.32-40.

54. Кирилин В.А., Сычев В.В. и др. Техническая термодинамика. -М.: Энерго-атомиздат, 1983. 416 с.

55. Кирпичев М.В., Конаков П.К. Математические основы теории подобия. АН СССР,-М., 1943.286 е.

56. Казунин Д.В., Антипин A.B. Уравнение состояния топлив// Сб. научных трудов НГМА вып.1, Новороссийск 1996. С. 161-166.бЗ.Эглит М.Э. Механика сплошных сред в задачах. Т. 1. Теория и задачи. М., 1996. 396 с.

57. Филиппов Л.П. Развитие методов прогнозирования свойств жидкостей и газов //ИФЖ. № 5, т. 44, С. 839-856.

58. Чалых А.Е. Топологические описания диаграмм фазового состояния / Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровское сообщение, 2001, №4.

59. Филиппов Л.П. Подобие свойств веществ. МГУ 1982., 210 с.

60. Химия нефти и газа /Под ред.д.т.н. Проскурякова. — СПб, Химия. 1995. 73 е.

61. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. М.Наука 1986, 544 с.

62. Жидкие углеводороды и нефтепродукты. Под редакцией Шахпарова М.И. Мое. Гос. Университет 1989., 192 с.

63. Филиппов JI.П. Новые методы расчета теплофизических свойств жидкостей и газов в области пониженной термодинамической устойчивости // Известия вузов. Энергетика 1984. № 3., С.51-56.

64. Филиппов Л.П. Использование теории подобия для описания свойств жидкостей. Экстраполяция температурной зависимости давления насыщенных паров и ортобарической плотности //ЖФХ.1957 том 31. Вып.5. С.1136— 1140.

65. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие. 3-е изд., Л.: Химия, 1982 , 532 с.

66. В.Б.Дерман Обобщенные данные по коэффициенту сжимаемости и теплотам испарения малоизученных веществ с помощью новой точки подобия. // Теп-лофизические свойства жидкостей, АН СССР, Наука, М.1973, С.75-81.

67. Антанов Ю.А. Приближенное уравнение состояния жидкостей при высоких давлениях // Журнал «Физическая химия». 1966, Т. 40, № 6. С. 1216-1218.

68. Голик А.З., Адоменко И.И., Боровик В.В. Исследование P-V-T состояния для Н-парафинов в интервале давлений до 2500 атм. и температуре до 120 °С // Украинский физический журнал. Т. 17. 1972, № 10-12. С. 2075-2083.

69. Голик А.З., Махно М.Г. Уравнение состояния и другие тепловые свойства молекулярных жидкостей // Украинский физический журнал. 1982, № 6. С.48-52.

70. Голик A.C. Скорость ультразвука в Н-парафинах при переменных параметрах состояния // Украинский физический журнал Т.32, № 10, октябрь 1987. С. 1524-1526.

71. Азанбаев Ш.Т. Математическая модель процесса застывания парофиносо-держащих систем.// Изв.вуз.Нефть и газ. 1988, №126 С.52-54.

72. Нигматулин Р. И. Основы механики гетерогенных сред.М.Наука, 1978,-330 с.

73. Филиппов Л.П. Новые методы расчета свойств нефтепродуктов. // ИФЖ. 1984 том XLVI, №6 С. 964-974.

74. Филиппов Л.П. Расчет свойств нефтепродуктов // Известия вузов Нефть и газ 1983 №12. С. 56-61.

75. Карапитьянс М.Х. Примеры и задачи по химической термодинамике, Рос-вузиздат 1963. 326 с.

76. Казунин Д.В, Васькевич Ф.А. Влияние трения в трубопроводе топливной аппаратуры на затухание импульса давления // Сборник научных трудов НГМА Новороссийск, - 1996. - вып.1. - С.204-211.

77. Казунин Д.В., Васькевич Ф.А. Топливный стенд. Методика проведения испытаний // Сборник научных трудов НГМА Новороссийск, - 1996. - вып.1. -С. 198-204.1. Глава 5

78. Iztok Tiselj and Stojan Petelin, Modelling of Two-Phase Flom with Second-Order Accurate Schemt / Journal of computational physics 136, 503-521(1997) articale No. CP75778.

79. Lee W.H.and Lyczkowski R.W. The basic character of five two-phase model equation sets / International Journal for numerical methods in fluids, Int. J. Numer. Meth. Fluids 2000; 33: P.1075-1098.

80. Jinliang Xu, Tingkuan Chen, Acoustic wave prediction in flowing steam-water two-phase // International Journal of Hear and Mass Transfer 43 (2000) P. 10781088.

81. Stadtke H., Franchello G., Worth В., Numerical simulation of multi-dimensional two-phase flow / Nuclear Engineering and Design 177 (19997) P. 199-213.

82. John A. Trpp, A Discrete Particle Model for Bubble-Slug Two-Phase Flows / Journal of computational physics 107, P.367-377(1993).

83. Jakb Munch Jensen and H.J. Hogaard Knudsen. A New Moving Boundary Model for Trasient Simulators of Dry-Expantion Evaporators. P.34-47

84. Кумзерова Е.Ю., Шмид А.А. Численное моделирование нуклеации и динамики пузырьков при быстром падении давления жидкости. / Журнал технической физики. 2002, том 72, вып. 7. С.3-7

85. Нигматулин Р.И. Динамика многфазных сред. Часть 1. М.Наука 1987,464 с.

86. Нигматулин Р.И. Динамика многфазных сред. Часть 2. М.Наука 1987, 359 с.

87. Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики. Избранные труды. -М. МЭИ, 2000.-388 с.

88. Казунин Д.В., Матвеев С.К. Моделирование нестационарного фазового перехода однокомпонентного вещества в инертную среду в режиме реального времени // Изв. вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. 2005. - Прил. №4, С. 80-92.

89. Казунин Д.В., Матвеев С.К. Численное моделирование нестационарного фазового перехода сжиженного газа в танках газовоза. / Мехатроника, автоматика, управление. 2008. — Прил. №4: Судовая автоматика и управление на морском и речном флоте, С. 9-14.

90. Kazunin D. Cargo simulation. // LNG Industry, a supplement to hydrocarbon engineering, autumn 2006, ISSN 1468-9340, P.100-104.

91. Kazunin D., Buturlimov O. LNG processing simulation. // LNG Industry, a supplement to hydrocarbon engineering, summer 2008, ISSN 1468-9340, P 41-46.

92. D.Kazunin, G.Wagstaff, T.Park. A contemporary cargo carrier.// LNG Industry, a supplement to hydrocarbon engineering, summer 2009, ISSN 1468-9340, P 3338.

93. Гинзбург И.П. Трение и теплопередача при движении смеси газов. Л. ЛГУ, 1975, 278 с.

94. Comparison of Sp.&Mem. Large LNG carriers in terms of Cargo Handling, GasTech2005, by Kiho Moon, Hyundai Industry Research Institute, 24 p .

95. Шервуд Т. «Массопередача», M. химия 1983, 280 с.

96. Арнольд Л.В. Техническая термодинамика и теплопередача. — М.: Высшая школа, 1979, 446 с.

97. Казунин Д.В., Бутурлимов О.В. Изотермическая модель квазистационарного потока не сжимаемой жидкости. Функции проводимости // Изв. вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. 2005. -Прил. №4, С. 65-79.

98. Биркгоф Г. Теория решеток. М.Наука, 1984. 284 с.

99. Биркгоф Г. Теория структур. М.изд.ин.лит., 1952. 407 е.

100. С"4", Специализированный справочник, ред. Б. Карпов, "Питер" 2001, 520 с.

101. Гидравлика, гидромашины, гидроприводы: учебник для машиностроительных вузов / Т.М.Башта, С.С.Руднев и др. М.: Машиностроение, 1982. -423 с.

102. Насосы. Справочное пособие /ред. Р.Бедекс, М. Машиностроение 1979., -124 с.

103. Костышин B.C. Моделирование режимов работы центробежных насосов на основе электрических анологий. Ивано-Франковск, 2000. — 163 с.

104. Лукашин В.Н., Шатов М.Г. Теплотехника. М.: Выс.шк., 2002. - 671 с.

105. Teitel Y, and others. Modeling Flow Pattern Transitions for steady Upward Gas-Liquid Flow in Vertical Tubes.// AIChE J. vol. 26, 1980. pp.345-354.

106. И5.Кутуков C.E. гидродинамические условия существования газовых скоплений в трубопроводах// Нефтегазовое дело, http://www.ogbus.ru , 2003.

107. Гаррис H.A., Гаррис Ю.О. и др. Построение динамической характкристики магистрального трубопровода (модель вязко-пластичной жидкости). Нефтегазовое дело. http://www.ogbus.ru/Garris/Garris4.pdf, 2004.

108. Тугунов П.И. Транспортировка вязких нефтепродуктов по трубам. -М.: Недра, 1973.-88 с.1. Глава 7

109. Duff I.S. Algorithms for Obtaining a Maximum Transversal. ACM Transactions on Mathematical Software, vol.7, num. 3, Sept. 1981, P.315-330.

110. Duff I.S., Torbjorn W. Remarks on Implementation of 0(n ~x) Assignment Algorithms. ACM Transactions on Mathematical Software, vol.14, num. 3, Sept. 1988, P.267-287.

111. Duff I.S. Algorithm 575 Permition for Zero-Free Diagonal Fl. ACM Transactions on Mathematical Software, vol.7, num. 3., Sept. 1981, p.387-390.

112. Duff I.S., Koster J. On Algorithms for Permuting Large Entries to the Diagonal of Sparse Matrix. Technical Report TR/PA/13 from CERFACS, 42 Ave G.Coriolis, 31057 Toulouse Cedex, France, April 1999,. 28 p.

113. Писсанецки С. Технология разряженных матриц. М.Мир 1988. - 410 с.

114. Kazunin D. Simulator for stability control training // Sixth International conference on Engine room simulators (ICER). Wuhan, China. -2004. -P.40-48.

115. Комраков E.B, Мужиков H.B., Казунин Д.В., Бутурлимов O.B., Ганжа Е.А. Транзас Liquid Cargo Handling Simulator 4000 (LCHS 4000 ver. 1) / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005610824 от 07.04.2005.

116. Комраков Е.В, Мужиков Н.В., Казунин Д.В. Транзас Liquid Cargo Handling Simulator 2000 (LCHS 2000 ver 3) / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004611867 от 12.07.2004.

117. Златаев 3. Прямые методы для разряженных матриц. М.Мир, 1987. 280 с.

118. Тьюарсон Р. Разряженные марицы. М.Мир. 1977. 184 с.

119. Tarjan R.E. Depth First Search and Liner Graph Algorithm. SI AM J Comput. 1, P. 146-160.

120. Duff I.S., Reid J.K An Implementation of Tarian's Algorithm for the Block Tri-andularization of Matrix. ACM Transactions on Mathematical Software, vol.4, 1978, P.137-147.

121. Кнут Д. Э. Искусство Программирования. Том 1 Основные Алгоритмы. ISBN 978-5-8459-1163-6, Изд. Вильяме. 2007, 685 с.

122. Кнут Д. Э. Искусство Программирования. Том 2 Получисленные алгоритмы. ISBN 5-8459-0081-6, Изд.Вильямс. 2005, 832.

123. Kazunin D., Sokolov A., Ponomarev V., Delgado L., Global accident and post accident marine training simulator // 14th International Navigation Simulator Lecturers Conference, INSLC 14, Genova 2006, P. 195-201

124. Автор выражает благодарность д. т. н., профессору кафедры Судовых двигателей внутреннего сгорания Государственной морской академии им. С.О.Макарова Сергею Васильевичу Камкину за предоставленные консультации по теме работы.