تحليل جريان گذراي غيرهم‌دماي گاز درون خطوط لوله با استفاده از روش‌ عددي خطي‌شده تجزيه شار

Non-isothermal transient flow analysis in gas pipelines using a linearized flux splitting numerical scheme

روش تفاضل محدود ضمني استيگر-‌ وارمينگ، براي شبيه‌سازي عددي جريان گذراي غيرهم‌دماي گاز مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به غيرخطي بودن معادلات، در ابتدا خطي‌سازي حول هر گام زماني انجام شده است كه اين امر ضمن كاهش تلاش محاسباتي جريان مورد نظر را نيز با سهولت بيشتري تحليل مي‌كند. براي اعتبارسنجي و ارزيابي دقت روش حل عددي، ابتدا جريان فانو و جريان درون يك لوله شوك بررسي شده و سپس جريان گذرا درون يك خط لوله گاز كه فشار در ورودي آن به صورت تابعي از زمان تغيير مي‌كند، شبيه‌سازي شده است. نتايج شبيه‌سازي عددي حاضر نشان مي‌دهد كه روش عددي تفاضل محدود خطي‌شده مورد استفاده در اين مطالعه، تغييرات ناگهاني در شرايط جريان را به‌خوبي روش حل غيرخطي نمايان مي‌سازد. همچنين روش عددي حاضر قادر است جريآنهاي گذراي گاز را با دقت مناسب در مقايسه روش‌حل غيرخطي با تلاش محاسباتي كمتر تحليل نمايد.

Numerical simulation of non-isothermal transient gas flow is performed using implicit Steger-Warming finite difference method. Because of nonlinearity of the governing equations, they are linearized at each time step. The linearization either reduces computational effort or analyzes the flowfield more conveniently. In order to validate and evaluate the accuracy of current numerical method, Fanno and shock tube flows are investigated first. Then, transient flow in a gas pipeline that its inlet pressure changes with time is simulated. The results of present study show that Steger-Warming finite difference scheme can well captured the sudden changes in the flowfield. Moreover, the present method is able to analyze transient gas flows as nearly accurate as the nonlinear one with less computational effort.