Расчет газожидкостного течения с массообменом между фазами
Расчет двухфазных потоков с массообменом между фазами (кипением/конденсацией) может быть выполнен для трубопроводов произвольной конфигурации, включая замкнутые контуры (но не содержащих рециклов). Расчет ветвей производится методом прямого просчета, с разбиением при необходимости длинных прямых участков на части с малым изменением расчетных величин ([1], стр. 22-23).
Расчет изменения температуры потока и содержания фаз для течения с массообменном между фазами выполняется на основе уравнения баланса полной энергии. Рассчитывается изменение энтальпии продукта, и по энтальпии и давлению решается задача фазового равновесия, определяется температура продукта, содержание и составы фаз.
Если в начале трубопровода задается значение массового расходного газосодержания, большее нуля, но меньшее единицы, оно имеет приоритет над заданной температурой. В этом случае программа также решает задачу фазового равновесия, находит по заданному давлению и массовому расходному газосодержанию температуру продукта и составы фаз, и принимает их как условия в начальном узле.
Для расчета течения с массообменном допускается также задавать давление в конечном узле ветви, в этом случае программа температуру продукта в ветви также рассматривает как конечную (о чем выводит соответствующее сообщение при расчете) и выполняет расчет "против потока", определяя начальные параметры течения – газосодержание, температуру, давление.
В процессе расчета определяются точки полного перехода продукта в жидкое или газообразное состояние. В этом случае программа автоматически переключается на расчет по методикам однофазного течения. Аналогичным образом отслеживается и обратный переход – начало вскипания или конденсации продукта – с автоматическим переключением программы на методики расчета двухфазного течения.
При расчете двухфазных потоков с массообменом между фазами в неразветвленных трубопроводах "против потока" программа также определяет и корректно рассчитывает места критического истечения, в которых число Маха равно 1, нарушается сплошность потока и имеет место скачок уплотнения. К таким местам относятся выход из прямой трубы, диффузоры и внезапные расширения, а также конечные точки участков труб (исключением являются случаи критического истечения в отверстиях диафрагмы и внутри арматуры, расчет которых в настоящий момент в программе не реализован). В этих местах при расчете против потока программа последовательными итерациями на основе уравнений материального и энергетического баланса определяется параметры продукта перед скачком уплотнения. Для расчета прямых участков, где число Маха близко к единице и имеет место очень быстрое изменение давления, температуры и других параметров продукта по длине, применяется специальный алгоритм расчета. Течение описывается системой обыкновенных дифференциальных уравнений по давлению, которые решаются с использованием методов Рунге-Кутты и квадратурных формул (подробнее см. [2]). Для двухфазных течений в разветвленных трубопроводах расчет критического и околокритического истечения пока не реализован.
Список литературы
1. Shoham O. Mechanistic Modeling of Gas-Liquid Two-Phase Flow in Pipes. Socienty of Petroleum Engineers. 2006.
2. Корельштейн Л.Б. Об одной форме уравнений околокритического течения в трубах. Промышленный сервис, №3 (44), 2012.