Моделирование тепло- и массообмена в рельефном трубопроводе с постоянными и изменяющимися диаметрами

Ш.А. Равшанов; М.И. Боборахимова; Ш.И. Чуллиев

doi:10.71310/pcam.3_73.2026.07

Авторы

Ш.А. Равшанов Институт механики и сейсмостойкости сооружений им. М.Т. Уразбаева Автор
М.И. Боборахимова Институт математики им. В.И. Романовского АН РУз Автор
Ш.И. Чуллиев Институт механики и сейсмостойкости сооружений им. М.Т. Уразбаева Автор

DOI:

https://doi.org/10.71310/pcam.3_73.2026.07

Ключевые слова:

поток жидкости, теплопередача, течение в трубах

Аннотация

В работе выполнено комплексное численное и аналитическое исследование гидродинамических и тепловых процессов в закрытых трубопроводах переменного диаметра с учётом рельефа местности и внешних температурных воздействий. Научная новизна заключается в создании усовершенствованной квазиодномерной модели, позволяющей оценить влияние геометрических параметров (диаметр, угол наклона, шероховатость внутренней поверхности) и теплофизических характеристик (теплопроводность материала, температура среды) на распределение давления и температуры вдоль трубопровода. Модель проверена сравнением с численным моделированием по турбулентной модели SST и расчётами по уравнению Дарси–Вейсбаха; максимальное отклонение не превысило 2%. Установлено, что гидравлические потери в основном зависят от диаметра трубы и скорости потока, а тепловые — от теплопроводности материала и ориентации трубопровода. Предложенный подход даёт надёжную и вычислительно эффективную основу для прогнозирования энергетических характеристик систем транспортировки жидкости и оптимизации тепловых сетей.

Библиографические ссылки

Lapshin V. Analysis of heat exchange processes on the surface of the aboveground pipeline with heat insulation // Bulletin of Scientific Research Results. – 2023. – Vol. 2023. – №3. – P. 147–156.

Sharikov Y.V., Markus A.A. Mathematical modeling of heat transfer in pipelines and pipe’s objects // Journal of Mining Institute. – 2013. – Vol. 202. – P. 233–238.

Bulovich S.V. Mathematical modeling of gas flow in the vicinity of an open end of a pipe with oscillations of a piston at the other end of the pipe according to the harmonic law at a resonant frequency (in Russian) // Journal Technical Physics. – 2017. – Vol. 87. – №11. – 1632 p.

Kurbatova G.I., Filippov B.V., Filippov V.B. Non-isothermal turbulent flow of compressible gas // Mathematical Modeling. – 2003. – Vol. 15. – №3. – P. 92–108.

Ermolaeva N.N., Kurbatova G.I. Analysis of approaches to modeling thermodynamic processes in gases at high pressures // Vestnik of St. Petersburg University. Episode 10. Applied mathematics. Informatics. Management Processes. – 2013. – №2. – P. 36–45.

Kurbatova G.I., Popova E.A., Filippov B.V. Models of offshore gas pipelines // Saint Petersburg. – 2005.

Grunicheva Y.V., Kurbatova G.I., Popova Y.A. Nonstationary nonisothermal flow of gas mix in offshore gas pipelines // Mathematical Models and Computer Simulations. – 2011. – Vol. 3. – №6. – P. 751–758.

Vasiliev O.F., Bondarev E.A., Voevodin A.F., Kanibolotsky M.A. Non-Isothermal Gas Flow in Pipes // Novosibirsk: Nauka. – 1978.

Tevyashev A.D., Smirnova V.S. Method of approximate solution of the Cauchy problem for the system of equations of steady gas flow in a pipeline // Radioelectronics and Information Science. – 2009. – №1. – P. 81–87.

Khujaev I., Bozorov J., Akhmadjonov S. Investigation of the propagation of waves of sudden changes in mass flow rate of fluid and gas in a “short” pipeline approach // IEEE Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). – 2019.

Charny I.A. Unsteady Motion of Real Fluid in Pipes // Moscow: Nedra. – 1975.

Grachev V.V., Shcherbakov S.G., Yakovlev E.I. Dynamics of Pipeline Systems // Moscow: Nauka. – 1987.

Khuzhaev I.K., Mamadaliev K.A., Kukanova M.A. Analytical solution of the problem of the propagation of a compaction wave in an inclined pipeline caused by the deceleration of a fluid // Problems of Computational and Applied Mathematics. – 2015. – №2. – P. 65–79.

Khujaev I.K., Akhmadjonov S.S., Mahkamov M.K. Modeling the stages of verification of the suitability of a short section of a gas pipeline for operation // Mathematical Models and Computer Simulations. – 2022. – Vol. 14. – №6. – P. 972–983.

Zaitsev A.V., Pelenko F.V. Modeling of viscous fluid flow in a pipe // Scientific journal of SPbGUNiPT. Series: Processes and Equipment of Food Production (Electronic Journal). – 2012.

Zaitsev A.V. Development of an algorithm for solving the Navier-Stokes equations for the flow of cryogenic liquid in a pipe // Bulletin of MAX. – 2011. – №3. – P. 37–42.

Bozorov O.S., Mamatkulov M.M. Analytical Studies of Nonlinear Hydrodynamic Phenomena in Media with Slowly Changing Parameters // Tashkent: TITLP. – 2015.

Chu S., Marensi E., Willis A.P. Modelling the transition from shear-driven turbulence to convective turbulence in a vertical heated pipe // Mathematics. – 2025. – Vol. 13. – №2. – 293 p.

Chu S., Willis A.P., Marensi E. The minimal seed for transition to convective turbulence in heated pipe flow // Journal of Fluid Mechanics. – 2024. – Vol. 997. – 46 p.

Wibisono A.F., Addad Y., Lee J.I. Numerical investigation on water deteriorated turbulent heat transfer regime in vertical upward heated flow in circular tube // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2015. – Vol. 83. – P. 173–186.

Idelchik I.E. Handbook of Hydraulic Resistance // Moscow: Mashinostroenie. – 1975.