Вестник КРАУНЦ.Физ.-мат. науки. 2021. Т. 36. №3. C. 94-109. ISSN 2079-6641

Содержание выпуска/Contents of this issue

УДК 532.529:620.91

Научная статья

Развитие математических моделей для расчета параметров при транспортировке пароводяной смеси

А. А. Чермошенцева, А. Н. Шулюпин

Институт горного дела ДВО РАН, 680000, г. Хабаровск, ул. Тургенева, 51, Россия

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

В практике освоения геотермальных месторождений возникает необходимость нахождение взаимосвязи между параметрами потока. При транспортировке пароводяной смеси требуется определение условий, обеспечивающих стабильную работу трубопровода. На отечественных объектах геотермальной энергетики гидравлический расчет трубопроводов пароводяной смеси проводился с использованием компьютерной программы MODEL, разработанной авторами данной работы. Новые вызовы и появление теории устойчивости привели к созданию математической модели SWIP (Steam-Water Inclining Pipeline). В данной статье представлены этапы разработки авторами новой модели, отвечающей современным
требованиям.

Ключевые слова: гидравлический расчет пароводяной смеси, геотермальные поля, трубопровод, математические модели.

DOI: 10.26117/2079-6641-2021-36-3-94-109

Поступила в редакцию: 27.08.2021

В окончательном варианте: 05.10.2021

Для цитирования. Чермошенцева А. А., Шулюпин А. Н. Развитие математических моделей для расчета параметров при транспортировке пароводяной смеси // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2021. Т. 36. № 3. C. 94-109. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-36-3-94-109

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

Конкурирующие интересы. Авторы заявляют, что конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Все авторы участвовали в написании статьи и полностью несут ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать. Окончательная версия рукописи была одобрена всеми авторами.

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

© Чермошенцева А. А., Шулюпин А. Н., 2021

MSC 97N40, 97N80

Research Article

Development of mathematical models for calculating parameters during transportation of a steam-water mixture

A. A. Chermoshentseva, A. N. Shulyupin

Institute of Mining of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, 680000, Khabarovsk, Turgeneva st., 51, Russia

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

In the practice of developing geothermal fields, there is a need to find the dependence between the flow parameters. When transporting a steam-water mixture, it is necessary to determine the conditions that ensure the stability in the pipeline. At domestic geothermal energy, the hydraulic calculation of steam-water mixture pipelines was carried out using the computer program MODEL created by the authors of this work. New challenges and the emergence of the theory of stability led to the creation of a mathematical model SWIP (Stream-Water Inclining Pipeline). This article presents the stages of creating a new model by the authors that meets modern requirements.

Key words: hydraulic calculation of steam-water mixture, geothermal fields, pipeline, mathematical models.

DOI: 10.26117/2079-6641-2021-36-3-94-109

Original article submitted: 27.08.2021

Revision submitted: 05.10.2021

For citation. Chermoshentseva A. A., Shulyupin A. N. Development of mathematical models for calculating parameters during transportation of a steam-water mixture. Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2021, 36: 3, 94-109. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-36-3-94-109

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

Competing interests. The authors declare that there are no conflicts of interest regarding authorship and publication.

Contribution and Responsibility. All authors contributed to this article. Authors are solely responsible for providing the final version of the article in print. The final version of the manuscript was approved by all authors.

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)

© Chermoshentseva A. A., Shulyupin A. N., 2021

Список литературы/References

  1. Григорьев В. А., Зорин В. М. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент, Справочник. М.:: Энергоатомиздат, 1988. 560 с. [Grigor’eva V. A., Zorina V. M. Teoreticheskie osnovy teplotehniki. Teplotehnicheskiy eksperiment, Spravochnik. M.: Energoatomizdat, 1988. 560 pp. (In Russian)]
  2. Шулюпин А.Н. Вопросы гидравлики пароводяной смеси при освоении геотермальных месторождений. Владивосток: Дальнаука, 2011. 262 с. [Shulyupin A. N. Voprosy gidravliki parovodyanoy smesi pri osvoenii geotermal’nyh mestorozhdeny. Vladivostok: Dal’nauka, 2011. 262 pp. (In Russian)]
  3. Шулюпин А.Н. Устойчивость режима работы пароводяной скважины. Хабаровск: ООО «Амурпринт», 2018. 136 с. [Shulyupin A. N. Ustojchivost’ rezhima raboty parovodyanoy skvazhiny. Khabarovsk: OOO ”Amur-print”, 2018. 136 pp. (In Russian)]
  4. Shulyupin A.N., Chermoshentseva A.A., Varlamova N.N. Numerical study of the stability of the steam-water flow in pipelines of geothermal gathering system//CEUR Workshop Proceedings (Information Technologies and High-Performance Computing), 2019. Т. 2426, С. 103–109.
  5. Kong R., Qiao S., Kim S., Bajorek S., Tien K., Hoxie C. Interfacial area transport models for horizontal air-water bubbly flow in different pipe sizes // International Journal of Multiphase Flow, 2018. Т. 106, С. 46–59.
  6. Pashkevich R.I., Muratov P.V. Film condensation in a large diameter tube with upward steam flow// International Journal of Heat and Mass Transfer, 2015. Т. 81, С. 804–810.
  7. Шулюпин А.Н., Чермошенцева А.А., Варламова Н.Н.Влияние геометрии трассы трубопровода на устойчивость пароводяного течения при эксплуатации ГеоЭС // Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки, 2020. Т. 32, №3, С. 143–153. [Shulyupin A. N., Chermoshentseva A. A., Varlamova N. N. Vliyanie geometrii trassy truboprovoda na ustoychivost’ parovodyanogo techeniya pri ekspluatacii GeoES //Vestnik KRAUNC. Fiziko-matematicheskie nauki, 2020. vol. 32, no. 3, pp. 143–153 (In Russian)].
  8. Шулюпин А. Н. Течение в геотермальной скважине: модель и эксперимент // Вулканология и сейсмология, 1991. №4, С. 25–31 [Shulyupin A.N. Flow in a geothermal well: model and experiment // Volcanology & Seismology, 1992. no. 4, pp. 426–434].
  9. Rizaldy, Zarrouk S.J. Pressure drop in large diameter geothermal two-phase pipelines // Proceedings 38-th New Zealand Geothermal Workshop, 2016, pp. 1–5.
  10. Woldesemayat M.A., Ghajar A.J. Comparison of void fraction correlations for different flow patterns in horizontal and upward inclined pipes // International Journal of Multiphase Flow, 2007. vol. 33, pp. 347–370.
  11. Bhagwat S.M., Ghajar A.J. Similarities and differences in the flow patterns and void fraction in vertical upward and downward two phase flow// Experimental Thermal and Fluid Science, 2012. vol. 39, pp. 213–227.
  12. Xu Y., Fang X. Correlations of void fraction for two-phase refrigerant flow in pipes // Applied Thermal Engineering, 2014. vol. 64, pp. 242–251.
  13. Bhagwat S.M., Ghajar A.J.A flow pattern independent drift flux model based void fraction correlation for a wide range of gas–liquid two phase flow// International Journal of Multiphase Flow, 2014. vol. 59., pp. 186–205.
  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. Baghernejad Y., Hajidavalloo E., Zadeh S.M.H., Behbahani-Nejad M. Effect of pipe rotation on flow pattern and pressure drop of horizontal two-phase flow// International Journal of Multiphase Flow, 2019. vol. 111, pp. 101–111.
  16. Дрознин В.А. Физическая модель вулканического процесса. М.: Наука, 1980. 92 с. [Droznin V. A. Fizicheskaya model’ vulkanicheskogo processa. M.: Nauka, 1980. 92 pp. (In Russian)]
  17. Шулюпин А.Н. Специфика гидравлического расчета транспортировки пароводяного теплоносителя на геотермальных месторождениях // Вулканология и сейсмология, 2013. №3, С. 15–24. [Shulyupin A.N. Hydraulic calculations for the transport of a steam-water heat carrier at hydrothermal fields //Volcanology & Seismology, 2013. vol. 7, no. 3, pp. 196–203].

Чермошенцева Алла Анатольевна – кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории геотехнологии и горной теплофизики Института Горного Дела ДВО РАН, г. Хабаровск, Россия.

Chermoshentseva Alla Anatolievna – Ph. D. (Tech.), Leading Researcher at the Laboratory of Geotechnology and Mining Thermophysics, Institute of Mining of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Khabarovsk, Russia.


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

Shulyupin Alexander Nikolaevich – D. Sci. (Tech), Acting Director of the Institute of Mining of the Khabarovsk Federal Research Center of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Khabarovsk, Russia.