Recommandé
Recommandé
Contenu connexe
Similaire à Теплотехнические расчеты при проектировании нефтегазовых объектов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов
Similaire à Теплотехнические расчеты при проектировании нефтегазовых объектов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов (20)
Теплотехнические расчеты при проектировании нефтегазовых объектов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов
- 1. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ОАО «Гипротюменнефтегаз» , г. Тюмень, 2014 XIV научно-практическая конференция «Информационные технологии в проектировании» ООО «Симмэйкерс» www.simmakers.ru
- 2. Scientific software development 2 Деятельность компании Simmakers Разработка наукоемкого программного обеспечения для инженерного анализа Компьютерное моделирование Математические модели Распараллеливание алгоритмов 3D визуализация
- 3. Scientific software development 3 Сотрудники компании Победители международных олимпиад по математике и программированию Кандидаты наук и президентские стипендиаты > 60 научных публикаций 5 сертифицированных программных комплексов
- 4. Scientific software development 4 Резидент Партнерство Достижения за последний 2013-й год Californian University in Los-Angeles Сотрудничество Оценка нашей технологии международными экспертами: 47 баллов из 48 возможных!
- 5. Scientific software development Сотрудничество с NVIDIA в области параллелизации вычислений и визуализации 5 Графические ускорители TESLA и ПО от Simmakers Ltd. позволяют достичь ускорения вычислений ранее достижимых только на суперкомпьютерах
- 6. Scientific software development 6 Теплотехнические расчеты грунтов Назначение Оценка теплового влияния фундаментов зданий и сооружений, скважин, трубопроводов и др. на многолетнемерзлые грунты Знание температурного распределения необходимо при определении 1)осадки и морозного пучения грунта 2)несущей способности оснований и фундаментов 3)устойчивости на воздействия сил морозного пучения
- 7. Scientific software development 7 Frost 3D Universal сертифицирован в Российской Федерации FROST 3D – ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ Трубопроводов наземных и подземных Автомагистралей и железных дорог Фундаментов и оснований Опор ЛЭП Дамб и плотин Тоннелей и шахт Теплоизоляции зданий и сооружений Позволяет выполнять теплотехнические расчеты при проектировании:
- 8. Scientific software development Теплотехнический расчет в FROST 3D Этап 1: 2D геометрическая модель рассматриваемого участка 8
- 9. Scientific software development Этап 2: Восстановление 3D геометрии 9 Резервуар Бованенковского месторождения
- 10. Scientific software development Этап 3: Создание расчетной сетки, задание граничных условий и теплофизических свойств 10 Расчетная сетка в FROST 3D – 4 млн. ячеек
- 11. Scientific software development Визуализация расчета в FROST 3D Результаты моделирования в 3D 11
- 12. Scientific software development Изолинии температур в FROST 3D Результаты моделирования в сечении 12
- 13. Scientific software development Расчет ореола оттаивания грунтов вокруг нефтепровода 13 Участок нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий Океан», расположенный в грунте с подземными льдами мощностью до 4-х метров. Область моделирования 25x25x15 м Количество узлов 2,9 млн.
- 14. Scientific software development Результаты расчета через 1 год 14 Температурное поле через 1 год - 05.10.2012 Поперечное сечение и продольное сечение
- 15. Scientific software development Ореол оттаивания грунтов через 1 год 15 Ореол оттаивания через 1 год - 05.10.2012 Поперечное сечение и продольное сечение
- 16. Scientific software development Результаты расчета через 10 лет 16 Температурное поле через 10 лет - 28.09.2021 Поперечное сечение и продольное сечение
- 17. Scientific software development Ореол оттаивания грунтов через 10 лет 17 Ореол оттаивания через 10 лет - 28.09.2021 Поперечное сечение и продольное сечение
- 18. Scientific software development Термостабилизация грунта под резервуаром с нефтью 18 Область моделирования 90x90x33 м Толщина теплоизолятора 5 см Количество узлов 3,13 млн.
- 19. Scientific software development Результаты моделирования в FROST 3D 19 Результаты расчета температурного поля Поперечное сечение и продольное сечение
- 20. Scientific software development Строительство туннелей и плотин. Замораживание грунта с учетом фильтрации 20 Размер области моделирования 62x20.2x18.5 м Скорость фильтрации 1.25 м/д 23 охлаждающие трубы Количество узлов 2,03 млн.
- 21. Scientific software development Расчет замораживания грунта в туннеле 21 Результаты расчета температурного поля
- 22. Scientific software development Расчет больших моделей. Fukushima Ice Wall 22 Размер области моделирования 450x210x30 м 1073 охлаждающие трубы Скорость фильтрации 0.1 м/д Количество узлов 17,83 млн.
- 23. Scientific software development 3D модель Fukushima Ice Wall 23 3D геометрическая модель объектов инфраструктуры АЭС «Фукусима» в программе Frost 3D Результаты расчета тепловых полей
- 24. Scientific software development Результат расчета Fukushima Ice Wall 24 Результаты расчета тепловых полей Распределение температуры и льдистости в сечении YZ на 10.12.2014
- 25. Scientific software development 25 Анализ скорости расчета в области 10х10х25м Программа Количество узлов в расчетной сетке Время FROST 3D 168 100 9 c COMSOL 168 100 316 с ANSYS 142 000 757 c FROST 3D 1 043 001 116 c COMSOL 1 043 001 6161 c ANSYS 1 193 343 9690 c 0 5 10 250 260 270 280 Температура,К z, м точное решение разработанная программа COMSOL ANSYS 10м 10м 25м Слайд из презентации 2013 г.
- 26. Scientific software development x4,0 x46,5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 100M DOF Speedup Intel Core i7-3770 Nvidia Tesla K20c Параллелизация вычислений Frost 3D 26 Версия Speed up Max RAM Max DOF Model Single-core CPU 32 bit x1 2 Gb 2 М Single-core CPU 64 bit x1 32 Gb 500М Multi-core CPU 64 bit x4 64 Gb 1000М Multi-core GPU 64 bit x40 12 Gb 200М ABAQUS 6.11Frost 3D Universal Ускорение х46 х2,4 х3,2
- 27. Scientific software development Заключение Трехмерное компьютерное моделирование является эффективным инструментом для количественной оценки теплового влияния скважин, трубопроводов, резервуаров, зданий и других сооружений на многолетнемерзлые грунты. Использование программы FROST 3D Universal позволяет оценить степень оттаивания и промерзания грунтов вокруг свай, трубопроводов, сооружений и др. с учетом геолого-литологического строения грунтов, метеорологических условий, фильтрации грунтовых вод, использования теплоизоляционных материалов и термостабилизаторов.
Notes de l'éditeur
- ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ООО «Симмэйкерс» www.simmakers.ru
- Основной деятельностью компании Симмэйкерс является разработка программного обеспечения для инженерного анализа. Такое программное обеспечение используется всеми крупными производственными компаниями и проектными институтами. Создание такого программного обеспечения в нашей компании включает в себя 3 самых важных стадии, каждая из которых в мировой IT индустрии является отдельным направлением развития для многих крупных компаний. 1) Создание математических моделей, которые описывают интересующий физический или технологический процесс. 2) Распараллеливание вычислительных алгоритмов под различные архитектуры, включая GPU. 3) Быстрая визуализация больших объемов данных – миллионы полигонов. Т.к. мы являемся разработчиками ПО для компьютерного моделирования, то мы и оказываем услуги компьютерного моделирования на высоком уровне, т.е. выполняем прогнозные расчеты.
- Очевидно, что такое программное обеспечение не простое. Кто же его разрабатывает? Преимущественно, это победители международных олимпиад по математике и программированию. И, как правило, такие специалисты становятся президентскими стипендиатами и кандидатами наук. За более чем десятилетний опыт у нас имеется более 60 публикаций в разных издательствах. Одна из последний статей – математическая в американском рецензируемом журнале Applied and Computational Mathematics. Также за это время мы разработали 5 сертифицированных программных комплексов для инженерного анализа.
- С момента нашего предыдущего выступления на 13-й конференции «Информационные технологии в проектировании» у нас произошло несколько значимых событий. Во-первых, мы стали партнерами компании Nvidia – мировым лидером в производстве графических ускорителей. Начали сотрудничество с такими университетами, как Сколтех, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе и Массачусетским технологическим университетом – самым рейтинговым техническим университетом в мире. Наша компания стала резидентом Сколково. Но просто резидентов в Сколково сотни. Технология, которую мы закладываем в наши программы для инженерного анализа была оценена комиссией международных экспертов 47-ю баллами из возможных 48. По правде говоря, это для нас очень престижно.
- Как пример сотрудничества с NVIDIA буквально на прошлой неделе на сайте www.nvidia.ru опубликовали результаты тестирования нашей программы Frost 3D на последних моделях видеокарт Tesla. Очень эффективно работать напрямую с производителем ускорителей. Видеокарта еще не поступила в продажу, а мы уже на ней тестируем нашу программу. Только начнется продажа Tesla K40, а наша программа уже соптимизирована и считает на ней.
- При проектировании зданий и сооружений на многолетнемерзлом грунте необходимо выполнять расчет тепловых режимов мерзлых пород. Это необходимо для оценки их растепления с последующими просадками, потерей несущей способности грунтов и т.д. Другими словами, для предотвращения аварийных ситуаций, изображенных на слайде.
- Для проведения теплотехнических расчетов грунтов нашей компанией разработан программный комплекс Frost 3D. Программный комплекс необходим при проектировании трубопроводов, фундаментов, дорог на мерзлом грунте, а также при использовании технологии искусственного замораживания грунта при строительстве таких объектов, как плотины и тоннели.
- Коротко о работе с программой и примеры расчетов в ней. Всю технологию создания модели можно разделить на 3 шага: 1) Создание двумерной модели строительной площадки, где отражены особенности морфологического строения грунтов, наличие сооружений и охлаждающих устройств. Такая двумерная модель создается путем обвода загруженного чертежа размещения строительных элементов, охлаждающих устройств. Специальным инструментом «скважины» задаются мощности разных слоев грунта.
- Далее благодаря специальным математическим алгоритмам из двумерной модели автоматически восстанавливается трехмерная геометрия. Здесь пользователь визуально контролирует полученную 3D геометрию, и если всё ОК, то модель отправляется на мешер, который строит расчетную сетку. Сетка может быть как равномерной, так и адаптивной – со сгущением в наиболее «интересных» местах – там, где используются маленькие элементы и предполагаемые большие температурные градиенты.
- После создания расчетной сетки пользователь задает теплофизические параметры присутствующих материалов, начальные и граничные условия, параметры и режим работы охлаждающих устройств и др. Затем модель отправляется на расчет.
- После завершения расчета в трехмерном виде получаем цветовое распределение температур в расчетной области. В программе можно выполнить произвольное сечение в любом интересующем месте, получить информацию по температуре в любой точке и плоскости в виде табличных или графических зависимостей.
- Особый интерес для проектных организаций представляет анализ изолиний на сечениях. Например, для определения фронта промерзания.
- И несколько примеров расчетов в программе Frost 3D. Трубопровод «Восточная Сибирь – Тихий Океан». Под трубопроводом расположены участки с повторно-жилистыми льдами с мощностью до 4х метров. Необходимо оценить размер ореола оттаивания грунтов от нефтепровода, дойдет ли он до подземных льдов и на сколько эффективны такие мероприятия, как размещение трубы в траншее с технологическими грунтами и использование теплоизолятора.
- Здесь представлены результаты теплотехнического расчета трубопровода в многолетнемерзлом грунте. На слайде температурное распределение в грунтах через 1 год в продольном и поперечном сечении.
- На слайде представлен ореол оттаивания грунта вокруг нефтепровода через 1 год.
- Температурное распределение в грунте через 10 лет. Важно отметить, что только трехмерный расчет позволяет учесть сложное строение грунтов т.е их неоднородность. Это представляет наибольший интерес для проектировщиков, так как наибольшая деформация возникает при неравномерных осадках. Двухмерный же расчет этого не учтет, соответственно результат будет с большими погрешностями.
- Ореол оттаивания через 10 лет эксплуатации трубопровода. Видно, что за 10 лет он заметно увеличился.
- В программе кроме растепления грунта от нефтегазовых объектов, можно рассчитывать искусственное замораживание с помощью сложных термостабилизаторов. В качестве примера резервуар с подогреваемой нефтью. Грунт под резервуаром термостабилизируется системой ГЕТ. На картинках показаны все этапы создания модели: загрузка подложки с чертежом, вычерчивание системы охлаждения, восстановленная площадка в 3D и дискретизированная расчетная область.
- На слайде представлены результаты расчета – температурное распределение в продольном и поперечном сечении. На основе таких теплотехнических расчетов можно сделать выводы об эффективности работы термостабилизирующих устройств - достаточна ли длина охлаждающих труб, эффективен ли шаг их укладки, достаточна ли площадь поверхности конденсаторного блока.
- Пример с использованием технологии искусственного замораживания грунта при сложных гидрологических условиях в строительстве. В Германии при строительстве туннеля на участке, где были сильные фильтрационные потоки, для укрепления неустойчивого грунта прибегли к технологии искусственного замораживания.
- В программе реализован расчет фильтрации и учтено влияние скорости фильтрации на температурное распределение. На слайде представлены результаты расчета тепловых полей с учетом фильтрации грунтовых вод и переносом ими тепла.
- И еще один пример искусственного замораживания грунтов. На АЭС Фукусима продолжают иметь место утечки радиоактивных элементов, которые через грунтовые воды попадают в океан. Было принято решение по периметру атомной станции заморозить грунт и сделать так называемую ледяную стену.
- Размеры области моделирования в этом примере – сотни метров. Некоторые элементы в расчете очень мелкие, размеры – сантиметры. Например, замораживающие трубы. Соответственно необходима дискретизация ячеек в несколько сантиметров. В итоге получаются многомиллионные сетки. В этом примере – 18 миллионов.
- Прогнозировать необходимо на несколько десятков лет. Для решения этой задачи в программе Frost 3D используется распараллеленный решатель под ускорители от Nvidia. В частности для решения этой задачи был использован новейший ускоритель от Nvidia Tesla K40.
- Этот слайд из нашей прошлогодней презентации. Мы рассказывали, что наша технология считает тепловую задачу с фазовым переходом на порядок быстрее, чем мировые лидеры, такие как ANSYS и COMSOL. В таблице представлены скорости расчетов.
- Кроме колоссального превосходства в скорости расчета однопоточной версии, наша технология имеет еще и очень высокую степень параллелизации. Для примера, ANSYS и ABAQUS смогли ускорить свои численные схемы максимум в 3,8 раза при переносе алгоритмов с CPU на GPU – эта информация из их официальных пресс-релизов. Для сравнения, на видеокарте Tesla K20 мы ускорили расчет в 46 раз по сравнению с процессорной однопоточной версией. В итоге заморозку ледяной стены на Фукусиме с прогнозом на 2 года и моделью в 18 миллионов ячеек мы считаем на Тесле К20 за 6 минут!
- ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ В РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ООО «Симмэйкерс» www.simmakers.ru