由中国石油学会、中国石油大学（北京）主办的赛题正式发布，欢迎报名参赛！
大赛基于自主可控的仿真软件、软件平台或自行编制的程序，针对我国油气储运行业领域实际需求，围绕结构、流体、热、电、磁单物理场或多物理场仿真，开展工艺流程仿真、操作单元仿真、事故场景仿真、工艺流程优化、经济性分析、完整性管理等分析，评比遴选一批具有高复用性、高应用价值、高扩展性的专业仿真软件或者案例。
总体要求：
1. 必须使用国产或自主开发的仿真软件完成相关工作。
2. 可任选一个赛题开展作答网赚论坛，每道赛题设有必答题与选答题两部分。
3. 方案须给出分析报告和分析案例说明网赚，并提交操作演示视频和验证报告。
赛题一：输气管网仿真
必答题：输气管网稳态仿真
1.背景与模型描述
图1.1所示为我国某环状结构小规模真实管网，由7个入口（绿色箭头标识）、6个出口（红色箭头）、16个管段（用PL+序号标识）、15个节点（用ND+序号标识）组成。各管段具体信息如表1.1所示。某稳态运行工况下，测得进口、出口压力和流量如表1.2所示。
图1.1某小规模输气管网拓扑结构图
表1.1 管段参数表
2.建模要求
a）原则：自由使用各种建模工具，准确建立该输气管网计算模型。
b）单位制：长度m。
3.工况条件
表1.2管网进、出口的压力和流量
4.仿真内容
a）对以上管网开展稳态仿真。
b）获得给定边界条件下各节点压力、各管段流量（温度可统一为20℃，等温模式）
选答题：输气管网管存计算
计算表1.2边界条件下该输气管网管存。
选答题：输气管网瞬态仿真
在稳态仿真基础上，按照表1.3变动该管网进口边界条件网赚，模拟该管网各管段、节点流量和压力变化过程。
表1.3 管网进压力和流量变化速率
赛题二：掺氢管道仿真
必答题：T型管道掺氢过程仿真
1.背景与模型描述
为实现天然气管道掺氢输送，研究氢气向天然气管线注入过程，开发快速、高效掺混工艺及装置意义重大。为考察利用简单T型管道（三通）进行氢气掺混的可行性，建立图2.1所示模型。如图所示，主管道内径D=100mm，注氢管道位于主管道上方，垂直于主管道，其内径为d=0.3D氢点，掺氢点上游为10D，下游为100D。在掺混点下游设有五个采样截面，各截面间相距20D。假设主管道入口介质为纯甲烷（天然气的主要成分），注氢管道入口介质为纯氢气。
图2.1 T型管道示意图
2.建模要求
a）原则：自由使用各种建模工具，准确建立T型管道甲烷掺氢流动计算模型。
b）单位制：长度mm。
3.工况条件
表2.1 T型管道掺氢运行工况
4.仿真内容
a）模拟表2.1参数下T型管道甲烷-氢气掺混过程。
b）判断表2.1参数下T型管道掺混点下游是否出现分层，要求展示图中指定截面氢气浓度分布图。
选答题：T型管道掺氢规律
在必答题所建立的计算模型基础上，进一步开展以下分析工作：
通过数值仿真，研究主管道内径、主管道流速、注氢管道内径、掺氢比、运行压力对T型管道掺氢过程的影响规律，明确这些影响因素与掺氢过程是否分层的对应关系，阐明相关机理。
选答题：注氢管道优化
在必答题所建立的计算模型基础上，进一步开展以下优化工作：
a）优化目标：对注氢管道进行优化设计，提高掺混效果。
b）优化变量：注氢管道尺寸、长度、位置、样式。
c）优化约束：主管道内径、掺混点位置。
d）评估依据：混合气体在掺混点下游不分层，在较短距离内混合均匀。
赛题三：漂管管道仿真
必答题：漂管管道仿真
1.背景与模型描述
我国多地区管道发生过漂管事故，提出管道载荷与结构安全状态技术解决方法对管道维抢有重要意义。以该工况为例，开展洪水漂管条件下管道的状态分析。管径为1016mm的X70管道，壁厚为26.62mm，内压6.2~9.1MPa，悬空水中70m，受到水平方向2m/s~5m/s流速的水流作用。洪水参数如表3.1，土壤参数如表3.2所示。
图3.1 洪水漂管示意图
表3.1 洪水参数
表3.2 土壤参数
2.建模要求
a）原则：自由使用各种建模工具，准确模拟洪水对管道冲刷作用。
b）单位制：长度m。
3.分析内容
a）验证模型准确性。
b）求解管道在水流冲刷作用下的应力应变分布，校核在该运行工况下管道是否失效。
选答题：漂管参数化建模与预测
1.模型描述
在必答题模型基础上建立洪水漂管参数化模型。
2.建模要求
a）原则：自由使用各种建模工具，准确模拟洪水对管道冲刷作用。
b）单位制：长度m。
3.分析内容
a）建立洪水漂管参数化模型，分析管道应力状态影响因素。
b）基于人工智能等优化算法实现洪水冲刷作用下管道的安全状态预测。
选答题：含弯头漂管管道仿真
1.模型描述
建立含弯头洪水漂管参数化模型。
2.建模要求
a）原则：自由使用各种建模工具，准确模拟洪水对管道冲刷作用。
b）单位制：长度m。
3.分析内容
a）建立洪水漂管参数化模型，分析弯管位置、弯管角度对管道应力状态的影响。
b）针对洪水漂管事故，结合数值仿真，提出一种漂管事故维抢修方案制定的方法。
赛题四：腐蚀管道仿真
必答题：腐蚀管道极限爆破压力仿真
1.模型描述
腐蚀管道如图4.1所示，管径=1219mm，壁厚=19.89mm，管道有一外腐蚀缺陷，缺陷长度=606mm，缺陷深度=15.4mm，管道运行压力=10MPa。
图4.1 腐蚀缺陷示意图
管材应力应变曲线按下式选取：
式中：ε为应变；σ为应力，MPa；E为弹性模量，取210GPa；σy为屈服强度，母材取641MPa；σt为抗拉强度氢点，母材取740MPa；n为硬化指数；α为屈服偏移量。
2.建模要求
a）原则：自由使用各种建模工具，准确模拟外腐蚀管道。
b）单位制：长度mm。
3.分析内容
a）校核在该运行工况下管道是否发生失效，要求给出失效判定的准则，展示腐蚀管道应力分布云图。
b）求解管道极限爆破压力。
选答题：腐蚀管道极限爆破压力预测
1.模型描述
腐蚀管道如图4.1所示，管径为D，壁厚为t，管道有一外腐蚀缺陷l，缺陷长度为，缺陷深度为d。
2.建模要求
a）原则：自由使用各种建模工具，准确模拟外腐蚀管道。
b）单位制：长度mm。
3.分析内容
a）建立参数化模型，考虑管径、壁厚、运行压力、缺陷参数对管道极限爆破压力的影响规律。
b）基于人工智能等优化算法实现含腐蚀缺陷管道的安全状态预测。
选答题：可靠性分析
模型描述与仿真内容
在考虑参数不确定性的情况下，通过蒙特卡洛模拟等仿真算法估算该缺陷的失效概率。
表4.1 参数概率分布
赛题五：漏磁检测仿真
必答题：长输管道漏磁检测仿真
1.模型描述
大口径高钢级天然气管道，管径1219mm，管道材质（钢材等级）X80M，壁厚18.4mm，管道内表面存在开口裂纹和针孔缺陷，采用漏磁检测技术对缺陷进行检测。
2.建模要求
a）原则：自由使用各种建模工具，准确模拟含缺陷管道及漏磁检测模型。
b）检测时需对管壁进行饱和磁化。
3.分析内容
a）漏磁检测器对内表面深度60%，环向长度50mm，轴向宽度0.3mm、0.5mm、1mm开口裂纹的检测曲线；
b）漏磁检测器对内表面深度20%、40%、60%、80%，环向长度50mm，宽度0.5mm开口裂纹的检测曲线；
c）漏磁检测器对内表面深度50%，直径3mm、5mm、10mm针孔缺陷的检测曲线。
d）漏磁检测器对外表面深度50%，环向长度20mm，宽度20mm金属缺失缺陷的检测曲线。
选答题：缺陷量化识别
采用数据驱动算法，建立基于漏磁曲线数据的裂纹尺寸、针孔尺寸量化识别模型。
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