Новицкий Н.Н., Михайловский Е.А.

ИСЭМ СО РАН, г. Иркутск, Россия

Объектно-ориентированные методы расчета потокораспределения в трубопроводных системах энергетики

Трубопроводные системы (ТПС) энергетики (тепло-, водо-, нефте-, газоснабжения и др.) [1] представлены весьма широким спектром объектов, различающихся назначением, масштабами, принципами построения, условиями функционирования. Они играют важную роль в энергетике, экономике, промышленности, коммунально-бытовом секторе, других сферах жизни страны и общества.

В ИСЭМ СО РАН, а также в других организациях, создаются программно-вычислительные комплексы (ПВК) для компьютерного моделирования этих систем. Эти разработки, с одной стороны, направлены на решение конкретного класса задач из области проектирования, эксплуатации или управления ТПС, а с другой, – применительно к конкретным типам ТПС. При этом, с одной стороны, каждый ПВК в многом дублирует одни и те же методы расчета, а с другой, – при разработке ПВК нового назначения приходиться адаптировать эти методы с учетом прикладной специфики.

В ИСЭМ разработана новая технология объектно-ориентированного моделирования (ООМ) ТПС, основная идея которой состоит в отделении программных реализаций методов теории гидравлических цепей (ТГЦ) [2], имеющих общее значение, от специфики объектов приложения этих методов.

Так как специфика ТПС, в основном, связана с особенностями их элементов, предлагается представление модели ТПС в виде суперпозиции двух самостоятельных моделей (объектов): «Сеть» и «Элементы сети». Эти объекты имеют, в идейном понимании объектно-ориентированного программирования, самостоятельные методы и свойства. Объект «Сеть» – содержит свойства: параметры рабочей среды, информацию о топологии сети, граничные условия в узлах (расход или давление), и имеет методы решения определенной задачи (например, потокораспределения [2]). Объект «Элементы сети» в зависимости от типа имеет свои свойства. Например, для трубопровода это – внутренний и наружный диаметр, класс прочности, стандарт изготовления, длина, тип покрытия и др. Этот объект наделяется собственными методами расчета потери напора по заданному расходу, расхода по заданной потере, вычисления производной. Таким образом, по заданному набору типов элементов сети, зная их параметры, можно моделировать любой тип ТПС, используя имеющиеся методы объекта «Сеть».

Объекты «Сеть» и «Элементы сети» реализованы в виде самостоятельных компонентов с использованием технологии COM [3], которая обеспечивает их двухстороннее взаимодействие по управлению и данным за счет совместимости интерфейсов.

Для апробации технологии ООМ в ИСЭМ реализована инновационная разработка – ПВК «ИСИГР» (Интернет Система для Гидравлических Расчетов) [4] (рис.1), предназначенная для компьютерного моделирования гидравлических режимов многоконтурных трубопроводных сетей водо- и газоснабжения (высокого, среднего и низкого давления) в Интернет. Реализация состоит из клиентской и серверной частей. Клиентская часть это графический интерфейс пользователя с возможностью: 1) создания и редактирования расчетных схем трубопроводных сетей произвольной конфигурации; 2) параметризации элементов этих сетей с использованием подключаемой базы данных типового оборудования; 3) взаимодействия с серверной частью для проведения расчетов; 4) отображения результатов расчета и их интерпретации в графической и табличной формах. Серверная часть обеспечивает расчет гидравлических режимов.

Для такого расчета разработаны новые реализации методов узловых давлений и контурных расходов. Преимуществом этих методов является возможность решать задачу как при традиционных замыкающих соотношениях [2], так и нетрадиционных [5] – неявно зависимых по расходу и/или зависимых от давления. ПВК позволяет проводить многовариантные расчеты (десятки расчетов, каждый из которых занимает секунды) гидравлических режимов ТПС средней размерности (сотни узлов расчетной схемы) за один сеанс работы в любом месте, в любое время, любому числу пользователей. Соответственно, для пользователей сокращаются затраты на покупку и установку аналогичных по набору решаемых задач пакетов и высокопроизводительных компьютеров – расчеты выполняются на сервере разработчика. Для разработчика – на сопровождение, развитие и защиту ПВК от несанкционированного использования, поскольку все компоненты находятся на сервере. Кроме того, внедряемые возможности становятся сразу доступными всем пользователям.

Литература:

1. Трубопроводные системы энергетики: математическое моделирование и оптимизация/ Н.Н. Новицкий, М.Г. Сухарев, А.Д. Тевяшев и др. – Новосибирск: Наука, 2010. – 419 с.

2. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. – М: Наука, 1985. – 278 с.

3. Эш Рофейл, Яссер Шохауд. COM и COM+. Полное руководство: Пер. с англ. - К.: ВЕК +, К.: НТИ, М.: Энтроп, 2000. – 560 с., ил.

4. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской Федерации Академии Наук, Новицкий Н.Н., Михайловский Е.А. Программно-вычислительный комплекс «ИСИГР» 1.0. РОСПАТЕНТ. Свидетельство № 2013619400 от 03.10.2013.

5. Михайловский Е.А. Объектно-ориентированное моделирование потокораспределения в гидравлических цепях при неявных замыкающих соотношениях // Системные исследования в энергетике. – Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2012. – (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 42). – С. 55–62.