شبيه‌سازي عددي جريان تراكم‌پذير گذرا درون خطوط لوله طويل انتقال گاز طبيعي با استفاده از يك الگوريتم موازي مناسب

Numerical Simulation of Transient Compressible Flow in Natural Gas long Transmission Pipelines Using a Suitable Parallel Algorithm

يكي از مسائل مطرح و مورد توجه در صنعت گازرساني، تحليل جريان گذراي گاز طبيعي درون خطوط لوله انتقال مي‌باشد. با وجود مطالعات صورت گرفته، هنوز دقت و زمان محاسبات به عنوان دو چالش مهم در اين زمينه مطرح هستند. در اين مقاله، طراحي يك الگوريتم موازي جهت شبيه سازي عددي جريان هم دما و غيرهم‌دماي گاز مطرح شده است. تحليل عددي جريان با استفاده از روش اختلاف محدود ضمني تجزيه بردار شار استيگر- وارمينگ صورت پذيرفته‌ است. موازي سازي مسئله نيز به‌روش انتقال پيام با كتابخانه MPI انجام شده است. به منظور نشان دادن قابليت‌هاي برنامه كامپيوتري توسعه داده شده، دو مسئله شامل جريان درون دو خط لوله با شرايط متفاوت تحليل و صحت سنجي شده است. در انتها، پس از صحت سنجي نتايج، معيارهاي عملكرد روش پيشنهادي مثل زمان محاسبات، كاهش زمان به دست آمده و ميزان افزايش سرعت از نتايج شبيه ‌سازي استخراج شده اند. بررسي نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد كه با استفاده از پردازش موازي مي‌توان تا حد زيادي زمان محاسبات جريان درون خطوط لوله انتقال گاز طويل را كاهش داد. علاوه بر اين، با به كارگيري اين روش در شبكه‌هاي محاسباتي ريز نسبت به شبكه هاي درشت، كارايي الگوريتم موازي افزايش مي‌يابد.

Analysis of natural gas transient flow in transmission pipelines is one of the most important issues in the gas industry. Despite the previous studies, the accuracy and the computational time have yet considered as two important challenges in this field. In this paper, a parallel algorithm for numerical simulation of isothermal and non-isothermal gas flows is presented. Numerical analysis of the flow is performed using the implicit Steger-Warming flux vector splitting method. For parallelization, the computer program has been parallelized using Message Passing Interface library. In order to demonstrate the capabilities of the developed computer program, the flow inside two pipelines with different conditions is solved, and the results are validated. Then, some factors such as the computational time, reduction of the time, and the speed up criteria are obtained to demonstrate the computational efficiency of the proposed method. The results show that parallel processing method can significantly reduce computational time of natural gas flow in long transmission pipelines. Moreover, it is shown that application of this approach on the fine computational grids is more efficient than on the coarse grids.