Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2020. Т. 32. № 3. C. 143-153. ISSN 2079-6641

Содержание выпуска/Contents of this issue

Научная статья

УДК 532.529:620.91 

Влияние геометрии трассы трубопровода на устойчивость пароводяного течения при эксплуатации ГеоЭС

А.Н. Шулюпин¹, А.А. Чермошенцева², Н.Н. Варламова¹

¹Хабаровский Федеральный исследовательский центр ДВО РАН, 680000, г. Хабаровск, ул. Тургенева, 51
²Камчатский государственный технический университет, 683003, г. Петропавловск-Камчатский, ул. Ключевская, 35

E-mail: ans741@mail.ru, allachermoshentseva@mail.ru, vnn-dvgups@mail.ru

Исследуются случаи существования неустойчивости потока, вызванной влиянием гравитационных сил в трубопроводах пароводяной смеси на геотермальных месторождениях. Представлена новая разработанная авторами математическая модель пароводяного течения, учитывающая гравитационный эффект и удовлетворяющая новым вызовам при освоении геотермальных месторождений с двухфазной транспортировкой теплоносителя. Показано влияние наклона трубопровода и рельефа трассы на гравитационную устойчивость течения. Даны рекомендации по гидравлическому расчету и строительству трубопроводов пароводяной смеси.

Ключевые слова: геотермальное месторождение, пароводяное течение, математическая модель, гравитационная неустойчивость, наклон трубопровода, рельеф трассы

DOI: 10.26117/2079-6641-2020-32-3-143-153

Поступила в редакцию: 08.07.2020

В окончательном варианте: 22.07.2020

Для цитирования. Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А., Варламова Н.Н. Влияние геометрии трассы трубопровода на устойчивость пароводяного течения при эксплуатации ГеоЭС // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2020. Т. 32. № 3. C. 143-153. DOI: 10.26117/2079-6641-2020-32-3-143-153

Контент публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А., Варламова Н.Н., 2020

Финансирование. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-05-00161.

Research Article

MSC 74A15

Influence geometry of the pipeline at the stability of steam-water flow during the exploitation of a geo-power station

A.N. Shulyupin¹, A.A. Chermoshentseva², N.N. Varlamova¹

¹Khabarovsk Federal Research Center of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, 680000, Khabarovsk , Turgeneva st., 51 , Russia

²Kamchatka State Technical University, 683003, Petropavlovsk-Kamchatsky, Klyuchevskaya st., 35, Russia

E-mail: ans741@mail.ru, allachermoshentseva@mail.ru, vnn-dvgups@mail.ru

Cases of flow instability caused by the influence of gravitational forces in pipelines of steam-water mixture in geothermal fields are investigated. A new mathematical model of the steam-water flow was developed by authors, taking into account the gravitational effect and satisfying new requirements in the development of geothermal deposits with two-phase heat carrier transportation. The influence of the pipeline incline at the gravitational stability of the flow is shown. Recommendations on hydraulic calculation and construction of steamwater mixture pipelines are given.

Key words: geothermal field, steam-water flow, mathematical model, gravitational instability, pipeline incline, trunk-line relief.

DOI: 10.26117/2079-6641-2020-32-3-143-153

Original article submitted: 08.07.2020

Revision submitted: 22.07.2020

For citation. Shulyupin A.N., Chermoshentseva A.A., Varlamova N.N. Influence geometry of the pipeline at the stability of steam-water flow during the exploitation of a geo-power station. Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2020, 32: 3, 143-153. DOI: 10.26117/2079-6641-2020-32-3-143-153

The content is published under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Shulyupin A.N., Chermoshentseva A.A., Varlamova N.N., 2020

Funding. The reported study was funded by RFBR, project number 20-05-00161

Список литература/References

  1. Norbeck J.H., McClure M.W., Horne R.N., “Field observations at the Fenton Hill enhanced geothermal system test site support mixed-mechanism stimulation”, Geothermics, 74 (2018), 135–149.
  2. Zhang J., Xie J., Liu X., “Numerical evaluation of heat extraction for EGS with tree-shaped wells”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 134 (2019), 296–310.
  3. Renaud T., Verdin P., Falcone G., “Numerical simulation of a deep borehole heat exchanger in the Krafla geothermal system”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 143 (2019).
  4. Iry S., Rafee R., “Transient numerical simulation of the coaxial borehole heat exchanger with the different diameters ratio”, Geothermics, 77 (2019), 158–165.
  5. Smith J.H., “Collection and transmission of geothermal fluids”, Geothermal energy: review of research and development, Earth sciences, UNESCO, Paris, 1973, 97–105.
  6. Lee K.C., Jenks D.G., “Ohaaki geothermal steam transmission pipelines”, Proceedings 11-th New Zealand Geothermal Workshop, 1989, 25–30.
  7. Rizaldy, Zarrouk S.J., “Pressure drop in large diameter geothermal two-phase pipelines”, Proceedings 38-th New Zealand Geothermal Workshop, 2016, 1–5.
  8. Шулюпин А.Н., Устойчивость режима работы пароводяной скважины, ООО Амурпринт, Хабаровск, 2018, 136 с. [Shulyupin A.N., Ustoychivost’ rezhima raboty parovodyanoy skvazhiny, OOO Amurprint, Khabarovsk, 2018, 136 pp.]
  9. Ruspini L.C., Marcel C.P., “Two-phase flow instabilities: a review”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 71 (2014), 521–548.
  10. Liu F., Yang Z., Zhang B., Li T., “Study on Ledinegg instability of two-phase boiling flow with bifurcation analysis and experimental verification”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 147 (2020).
  11. Shulyupin A.N., “Steam-water flow instability in geothermal wells”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 105 (2017), 290–295.
  12. Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А., “Семейство математических моделей Well-4 для расчета течений в пароводяных геотермальных скважинах”, Математическое моделирование, 28:7 (2016), 56–64. [Shulyupin A.N., Chermoshentseva A.A., “The Collection of Mathematical Models of Well-4 for the Calculation of Flows in Steam-Water Geothermal Wells”, Mathematical Models and Computer Simulations, 9:1 (2017), 127–132].
  13. Xu Y., Fang X., “Correlations of void fraction for two-phase refrigerant flow in pipes”, Applied Thermal Engineering, 64 (2014), 242–251.
  14. Dang Z., Yang Z., Yang X., Ishii M., “Experimental study on void fraction, pressure drop and flow regime analysis in a large ID piping system”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 111 (2019), 31–41.
  15. Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А., Варламова Н.Н., “Новые вызовы при освоении месторождений парогидротерм с транспортировкой пароводяной смеси”, Горный Информационно Аналитический Бюллетень, 2019, №2, 43–49. [Shulyupin A.N., Chermoshentseva A.A., Varlamova N.N., “Novyye vyzovy pri osvoyenii mestorozhdeniy parogidroterm s transportirovkoy parovodyanoy smesi”, Gornyy Informatsionno Analiticheskiy Byulleten’, 2019, №2, 43–49].

Список литературы (ГОСТ)

  1. Norbeck J.H., McClure M.W., Horne R.N. Field observations at the Fenton Hill enhanced geothermal system test site support mixed-mechanism stimulation // Geothermics. 2018. vol. 74. pp. 135–149.
  2. Zhang J., Xie J., Liu X. Numerical evaluation of heat extraction for EGS with tree-shaped wells // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. vol. 134. pp. 296–310.
  3. Renaud T., Verdin P., Falcone G. Numerical simulation of a deep borehole heat exchanger in the Krafla geothermal system // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. vol. 143.
  4. Iry S., Rafee R. Transient numerical simulation of the coaxial borehole heat exchanger with the different diameters ratio // Geothermics. 2019. vol. 77. pp. 158–165.
  5. Smith J.H. Collection and transmission of geothermal fluids in: H. Christopher, H. Armstead (Eds.), Geothermal energy: review of research and development, Earth sciences, UNESCO, Paris. 1973. pp. 97–105.
  6. Lee K.C., Jenks D.G. Ohaaki geothermal steam transmission pipelines // Proceedings 11-th New Zealand Geothermal Workshop. 1989. pp. 25–30.
  7. Rizaldy, Zarrouk S.J. Pressure drop in large diameter geothermal two-phase pipelines // Proceedings 38-th New Zealand Geothermal Workshop. 2016. pp. 1–5.
  8. Шулюпин А.Н. Устойчивость режима работы пароводяной скважины. Хабаровск: ООО «Амурпринт 2018. 136 c.
  9. Ruspini L.C., Marcel C.P. Two-phase flow instabilities: a review // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. vol. 71. pp. 521–548.
  10. Liu F., Yang Z., Zhang B., Li T. Study on Ledinegg instability of two-phase boiling flow with bifurcation analysis and experimental verification // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. vol. 147.
  11. Shulyupin A.N. Steam-water flow instability in geothermal wells // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. vol. 105. pp. 290–295.
  12. Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А. Семейство математических моделей Well-4 для расчета течений в пароводяных геотермальных скважинах // Математическое моделирование. 2016. vol. 28. no. 7. pp. 56–64. (Shulyupin A.N., Chermoshentseva A.A. The Collection of Mathematical Models of Well-4 for the Calculation of Flows in Steam-Water Geothermal Wells // Mathematical Models and Computer Simulations. 2017. vol. 9. no. 1. pp. 127–132 transl. English).
  13. Xu Y., Fang X. Correlations of void fraction for two-phase refrigerant flow in pipes // Applied Thermal Engineering. 2014. vol. 64. pp. 242–251.
  14. Dang Z., Yang Z., Yang X., Ishii M. Experimental study on void fraction, pressure drop and flow regime analysis in a large ID piping system // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. vol. 111. pp. 31–41.
  15. Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А., Варламова Н.Н. Новые вызовы при освоении месторождений парогидротерм с транспортировкой пароводяной смеси // Горный Информационно Аналитический Бюллетень. 2019. №. 2. C. 43–49.

Шулюпин Александр Николаевич – доктор технических наук, Врио директора Хабаровского Федерального исследовательского центра ДВО РАН, г. Хабаровск, Россия.

Shulyupin Alexander Nikolaevich – D. Sci. (Phys & Math), Acting Director of the Khabarovsk Federal Research Center, FEB RAS, Khabarovsk, Russia.

Чермошенцева Алла Анатольевна – кандидат технических наук, доцент кафедры высшей математики, Камчатский государственный технический университет, г. Петропавловск-Камчатский, Россия.

Chermoshentseva Alla Anatolievna – Ph. D. (Tech.), Associate Professor of the Department of Higher Mathematics, Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, Russia.

Варламова Наталья Николаевна – аспирант Хабаровского Федерального исследовательского центра ДВО РАН, г. Хабаровск, Россия.
Varlamova Natalia Nikolaevna – postgraduate student of the Khabarovsk Federal Research Center FEB RAS, Khabarovsk, Russia.

Читать статью/Read articleСкачать/Download