МЕТОДИКА РАСШИРЕННОГО ПРОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НА БАЗЕ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ПОВЕДЕНИЯ ОДНОФАЗНЫХ И МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ
Вестник Курганской ГСХА. 2025. № 2 (54). С. 62–71
Vestnik Kurganskoj GSHA. 2025; (2-54): 62–71
Научная статья
УДК 519.853 EDN: VKSGRP
Код ВАК 4.3.2
МЕТОДИКА РАСШИРЕННОГО ПРОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НА БАЗЕ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ПОВЕДЕНИЯ ОДНОФАЗНЫХ И МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ
Игорь Сергеевич Беляев1, Алексей Михайлович Петров2, Антон Николаевич Попов3,4,
Геннадий Николаевич Самарин5, Вячеслав Анатольевич Ружьев6
1, 2 Заполярный государственный университет им. Н.М. Федоровского, Норильск, Россия
3 Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Тюмень, Россия
4 Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия
5 Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, Москва, Россия
6 Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Санкт-Петербург, Пушкин,
Россия
1 belyaevis@norvuz.ru, https://orcid.org/0000-0001-9149-4357
2 darker2012@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-3265-520X
3, 4 264241@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0774-411X
5 samaringn@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-4972-8647
6 ruzhev_va@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3011-639X
Аннотация. Развитие энергетической отрасли Российской Федерации, особенности проектов, касающихся освоения Арктической
зоны, требуют изменения подходов к инженерно-технической инфраструктуре в отношении расчетов, анализа и прогнозирования рабо
ты. Данные вопросы актуальны в отношении теплоэнергетического оборудования систем теплоснабжения и его эксплуатации, особенно
в районах Крайнего Севера и Арктики.
Представленная статья посвящена разработке методики расчетов состояния систем теплоснабжения с использованием имитаци
онных моделей, которые учитывают особенности однофазных и многофазных потоков.
Авторы исследовали существующие проблемы в системах теплоснабжения и предлагают новые подходы к моделированию, позво
ляющие улучшить эффективность работы инженерных сетей. Особое внимание уделяется разработке имитационной модели, которая
способна учитывать взаимное влияние фаз теплоносителя на технические характеристики системы. Предложенная методология вклю
чает математическое моделирование, методы конечных элементов неравновесной термодинамики.
Перспективой использования разработанной имитационной модели и заложенной в ней методики расширенного проверочного
расчета состояния систем теплоснабжения с учетом фазности потоков является исследование влияния термодинамических процессов
на всевозможные элементы инженерно-технических систем данной направленности.
Представлены результаты, которые демонстрируют значительное повышение точности расчетов и, как следствие, улучшение диа
гностики состояния трубопроводов. Разработанная имитационная модель обладает высокой степенью адекватности и точности. В свою
очередь, подобные данные означают приемлемость модернизации блока minmod, за счет использования метода Рунге-Кутты/WENO.
Результаты могут послужить ключевой технологией при разработке стратегии развития теплоэнергетического оборудования систем
теплоснабжения и эксплуатации его в суровых климатических условиях зон Крайнего Севера и Арктики.
Ключевые слова: имитационные модели, математическое моделирование, многофазные потоки, теплоснабжение, диагностика,
алгоритмы моделирования, арктическая зона.
Благодарности: работа финансировалась за счет средств бюджета ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет». Дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.
Для цитирования: Беляев И.С., Петров А.М., Попов А.Н., Самарин Г.Н., Ружьев В.А. Методика расширенного проверочного расчета состояния систем теплоснабжения на базе имитационных моделей поведения однофазных и многофазных потоков // Вестник Курганской ГСХА. 2025. № 2(54). С. 62–71. EDN: VKSGRP.
Scientific article
METHOD OF EXTENDED REVISED CALCULATION OF THE HEAT SUPPLY SYSTEM STATUS BASED ON SIMULATION MODELS OF SINGLE-PHASE AND MULTIPHASE FLOW BEHAVIOR
Igor S. Belyaev1, Alexey M. Petrov2, Anton N. Popov3,4, Gennady N. Samarin5, Vyacheslav A. Ruzhiev6
1, 2 Fedorovsky Polar State University, Norilsk, Russia
3 Northern Trans-Urals State Agrarian University, Tyumen, Russia
4 Tyumen State University, Tyumen, Russia
5 Federal Scientific Agroengineering Center VIM, Moscow, Russia
6 Saint-Petersburg State Agrarian University, Saint-Petersburg, Pushkin, Russia
1 belyaevis@norvuz.ru, https://orcid.org/0000-0001-9149-4357
2 darker2012@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-3265-520X
3, 4 264241@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0774-411X
5 samaringn@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-4972-8647
6 ruzhev_va@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3011-639X
Abstract. The development of the energy industry of the Russian Federation, the specifics of projects related to the development
of the Arctic zone, require a change in approaches to engineering and technical infrastructure in terms of calculation, analysis and forecast
ing of works. Such issues are relevant in relation to heat power equipment for heat supply systems and its operation, especially in the regions
of the Far North and the Arctic.
The presented article is devoted to the development of methodology for calculating heat supply system status using simulation models
that take into account the features of single-phase and multiphase flows.
The authors investigated the existing problems in heat supply systems and propose new modeling approaches to improve the efficiency
of engineering networks. Special attention is paid to the development of a simulation model that is free to take into account the mutual influence
of the heat transfer medium phases on the technical characteristics of the system. The proposed methodology includes mathematical modeling,
finite element methods of nonequilibrium thermodynamics.
The prospect of using the developed simulation model and the methodology for extended revised calculation of heat supply system status,
taking into account the phase of flows, is to study an influence of thermodynamic processes on various elements of similar engineered systems.
The article presents the results, which demonstrate a significant increase in the accuracy of calculations and, as a result, improved diagnos
tics of pipeline condition. The developed simulation model has a high degree of adequacy and accuracy. In turn, such data indicate the accepta
bility of upgrading the minmod unit by using the Runge-Kutta/WENO method.
The results can serve as a key technology in developing a strategy for the development of heat power equipment for heat supply systems
and its operation in the harsh climatic conditions of the Far North and the Arctic.
Keywords: simulation models, mathematical modeling, multiphase flows, heat supply, diagnostics, modeling algorithms, Arctic zone.
Acknowledgements: the work was funded by the budget of the St. Petersburg State Agrarian University. No additional grants were received to conduct or direct this particular study.
For citation: Belyaev I.S., Petrov A.M., Popov A.N., Samarin G.N., Ruzhiev V.A. Method of extended revised calculation of the heat supply system status based on simulation models of single-phase and multiphase flow behavior // Vestnik Kurganskoj GSHA. 2025; (2-54): 62–71. EDN: VKSGRP. (In Russ).
Vestnik Kurganskoj GSHA. 2025; (2-54): 62–71
Научная статья
УДК 519.853 EDN: VKSGRP
Код ВАК 4.3.2
МЕТОДИКА РАСШИРЕННОГО ПРОВЕРОЧНОГО РАСЧЕТА СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НА БАЗЕ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ПОВЕДЕНИЯ ОДНОФАЗНЫХ И МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ
Игорь Сергеевич Беляев1, Алексей Михайлович Петров2, Антон Николаевич Попов3,4,
Геннадий Николаевич Самарин5, Вячеслав Анатольевич Ружьев6
1, 2 Заполярный государственный университет им. Н.М. Федоровского, Норильск, Россия
3 Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Тюмень, Россия
4 Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия
5 Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, Москва, Россия
6 Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Санкт-Петербург, Пушкин,
Россия
1 belyaevis@norvuz.ru, https://orcid.org/0000-0001-9149-4357
2 darker2012@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-3265-520X
3, 4 264241@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0774-411X
5 samaringn@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-4972-8647
6 ruzhev_va@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3011-639X
Аннотация. Развитие энергетической отрасли Российской Федерации, особенности проектов, касающихся освоения Арктической
зоны, требуют изменения подходов к инженерно-технической инфраструктуре в отношении расчетов, анализа и прогнозирования рабо
ты. Данные вопросы актуальны в отношении теплоэнергетического оборудования систем теплоснабжения и его эксплуатации, особенно
в районах Крайнего Севера и Арктики.
Представленная статья посвящена разработке методики расчетов состояния систем теплоснабжения с использованием имитаци
онных моделей, которые учитывают особенности однофазных и многофазных потоков.
Авторы исследовали существующие проблемы в системах теплоснабжения и предлагают новые подходы к моделированию, позво
ляющие улучшить эффективность работы инженерных сетей. Особое внимание уделяется разработке имитационной модели, которая
способна учитывать взаимное влияние фаз теплоносителя на технические характеристики системы. Предложенная методология вклю
чает математическое моделирование, методы конечных элементов неравновесной термодинамики.
Перспективой использования разработанной имитационной модели и заложенной в ней методики расширенного проверочного
расчета состояния систем теплоснабжения с учетом фазности потоков является исследование влияния термодинамических процессов
на всевозможные элементы инженерно-технических систем данной направленности.
Представлены результаты, которые демонстрируют значительное повышение точности расчетов и, как следствие, улучшение диа
гностики состояния трубопроводов. Разработанная имитационная модель обладает высокой степенью адекватности и точности. В свою
очередь, подобные данные означают приемлемость модернизации блока minmod, за счет использования метода Рунге-Кутты/WENO.
Результаты могут послужить ключевой технологией при разработке стратегии развития теплоэнергетического оборудования систем
теплоснабжения и эксплуатации его в суровых климатических условиях зон Крайнего Севера и Арктики.
Ключевые слова: имитационные модели, математическое моделирование, многофазные потоки, теплоснабжение, диагностика,
алгоритмы моделирования, арктическая зона.
Благодарности: работа финансировалась за счет средств бюджета ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет». Дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.
Для цитирования: Беляев И.С., Петров А.М., Попов А.Н., Самарин Г.Н., Ружьев В.А. Методика расширенного проверочного расчета состояния систем теплоснабжения на базе имитационных моделей поведения однофазных и многофазных потоков // Вестник Курганской ГСХА. 2025. № 2(54). С. 62–71. EDN: VKSGRP.
Scientific article
METHOD OF EXTENDED REVISED CALCULATION OF THE HEAT SUPPLY SYSTEM STATUS BASED ON SIMULATION MODELS OF SINGLE-PHASE AND MULTIPHASE FLOW BEHAVIOR
Igor S. Belyaev1, Alexey M. Petrov2, Anton N. Popov3,4, Gennady N. Samarin5, Vyacheslav A. Ruzhiev6
1, 2 Fedorovsky Polar State University, Norilsk, Russia
3 Northern Trans-Urals State Agrarian University, Tyumen, Russia
4 Tyumen State University, Tyumen, Russia
5 Federal Scientific Agroengineering Center VIM, Moscow, Russia
6 Saint-Petersburg State Agrarian University, Saint-Petersburg, Pushkin, Russia
1 belyaevis@norvuz.ru, https://orcid.org/0000-0001-9149-4357
2 darker2012@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-3265-520X
3, 4 264241@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0774-411X
5 samaringn@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-4972-8647
6 ruzhev_va@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3011-639X
Abstract. The development of the energy industry of the Russian Federation, the specifics of projects related to the development
of the Arctic zone, require a change in approaches to engineering and technical infrastructure in terms of calculation, analysis and forecast
ing of works. Such issues are relevant in relation to heat power equipment for heat supply systems and its operation, especially in the regions
of the Far North and the Arctic.
The presented article is devoted to the development of methodology for calculating heat supply system status using simulation models
that take into account the features of single-phase and multiphase flows.
The authors investigated the existing problems in heat supply systems and propose new modeling approaches to improve the efficiency
of engineering networks. Special attention is paid to the development of a simulation model that is free to take into account the mutual influence
of the heat transfer medium phases on the technical characteristics of the system. The proposed methodology includes mathematical modeling,
finite element methods of nonequilibrium thermodynamics.
The prospect of using the developed simulation model and the methodology for extended revised calculation of heat supply system status,
taking into account the phase of flows, is to study an influence of thermodynamic processes on various elements of similar engineered systems.
The article presents the results, which demonstrate a significant increase in the accuracy of calculations and, as a result, improved diagnos
tics of pipeline condition. The developed simulation model has a high degree of adequacy and accuracy. In turn, such data indicate the accepta
bility of upgrading the minmod unit by using the Runge-Kutta/WENO method.
The results can serve as a key technology in developing a strategy for the development of heat power equipment for heat supply systems
and its operation in the harsh climatic conditions of the Far North and the Arctic.
Keywords: simulation models, mathematical modeling, multiphase flows, heat supply, diagnostics, modeling algorithms, Arctic zone.
Acknowledgements: the work was funded by the budget of the St. Petersburg State Agrarian University. No additional grants were received to conduct or direct this particular study.
For citation: Belyaev I.S., Petrov A.M., Popov A.N., Samarin G.N., Ruzhiev V.A. Method of extended revised calculation of the heat supply system status based on simulation models of single-phase and multiphase flow behavior // Vestnik Kurganskoj GSHA. 2025; (2-54): 62–71. EDN: VKSGRP. (In Russ).
