本申请实施例涉及石油运输领域，尤其涉及一种管道截面流动预测分析方法和装置。
背景技术：
石油工业的快速发展，使得管道输送量日益增加，不同于原油管道，成品油管道是发展型管道，随着市场不断扩大，更为成品油管道创造发展机遇。管道运输在石油天然气工业乃至世界经济中发挥着重要的作用，增加油气长输管道的输量，降低油气输送过程中的流动阻力，减少管输能耗和运行成本，提高管道的操作弹性、安全性和经济性，是管道科技工作者多年来一直致力于研究解决的重要课题。现有技术通过对短距离的槽道流体添加减阻剂，采用常规的全三维的数值模拟方法和湍流模型对流体的压力梯度和流场分布进行模拟预测。但是，该方法效率低，难以快速实现对于现场成品油管道调节流量后得到管道内流场和压力梯度的预测。
技术实现要素：
本申请实施例提供一种管道截面流动预测分析方法和装置，以解决现场成品油管道内流场和压力梯度的分析效率较低的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种管道截面流动预测分析方法，包括：
获取输入的管道的参数和管道内流体的物体参数，所述管道的参数包括管道的直径、管道入口的流量，所述流体的物体参数包括流体的密度和流体的粘度；
获取预设的压力梯度和预设的速度场；
根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值；
根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，得到计算的速度场；
输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
可选地，所述根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值，包括：
根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的初值和湍流动能的比耗散率的初值；
根据所述湍流动能的初值、所述湍流动能的比耗散率的初值、所述流体的密度，确定湍流粘度的初值；
根据所述湍流粘度的初值、湍流动能的初值、湍流动能的比耗散率的初值和所述湍流模型方程，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
可选地，所述方法还包括：
根据本构方程，确定所述流体中加入的减阻剂的应变参量。
可选地，所述输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值之前，还包括：
根据所述计算的速度场和质量守恒方程，确定所述管道的截面流量；
所述输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值，包括：
若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值小于第一预设差异值，则输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
可选地，还包括：
若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值大于等于第一预设差异值，则根据二分法，更改所述预设的压力梯度的值。
可选地，输出计算的速度场之前，还包括：
判断所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值是否小于第二预设差异值；
所述输出计算的速度场，包括：
若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值小于第二预设差异值，则输出计算的速度场。
可选地，还包括：
若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值大于等于第二预设差异值，则将所述预设的速度场的值更改为所述计算的速度场的值。
第二方面，本申请实施例提供一种管道截面流动预测分析装置，包括：
第一获取模块，用于获取输入的管道的参数和管道内流体的物体参数，所述管道的参数包括管道的直径、管道入口的流量，所述流体的物体参数包括流体的密度和流体的粘度；
第二获取模块，用于获取预设的压力梯度和预设的速度场；
第一处理模块，用于根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数、所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值；
第二处理模块，用于根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，得到计算的速度场；
输出模块，用于输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
可选地，所述第一处理模块，具体用于：
根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的初值和湍流动能的比耗散率的初值；
根据所述湍流动能的初值、所述湍流动能的比耗散率的初值、所述流体的密度，确定湍流粘度的初值；
根据所述湍流粘度的初值、湍流动能的初值、湍流动能的比耗散率的初值和所述湍流模型方程，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
可选地，所述装置，还包括：
第三处理模块，用于根据本构方程，确定所述流体中加入的减阻剂的应变参量。
可选地，所述输出模块之前，还包括：第四处理模块；
第四处理模块，用于根据所述计算的速度场和质量守恒方程，确定所述管道的截面流量；
所述输出模块，具体用于：
若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值小于第一预设差异值，则输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
所述输出模块，还用于：
若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值大于等于第一预设差异值，则根据二分法，更改所述预设的压力梯度的值。
可选地，所述输出模块输出计算的速度场之前，还包括：判断模块；
所述判断模块，用于判断所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值是否小于第二预设差异值；
所述输出模块，具体用于：
若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值小于第二预设差异值，则输出计算的速度场。
可选地，所述输出模块，还用于：
若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值大于等于第二预设差异值，则将所述预设的速度场的值更改为所述计算的速度场的值。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用并执行所述存储器中的程序指令，执行如本申请第一方面所述的管道截面流动预测分析方法。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本申请第一方面所述的管道截面流动预测分析方法。
本申请实施例提供的一种管道截面流动预测分析方法和装置，通过根据所输入的管道的直径、管道入口的流量、流体的密度和流体的粘度、预设的压力梯度和预设的速度场，以及湍流方程，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值；再根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，得到计算的速度场；然后输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值，对管道内流体的流动情况进行预测，有效的分析管流中不同流量和减阻剂物理性质变化下的减阻率，管道内压力梯度变化规律以及流场分布情况，提高了分析效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的应用场景示意图；
图2为本申请一实施例提供的管道截面流动预测分析方法的流程示意图；
图3为本申请一实施例提供的笛卡尔坐标系下的管道几何形状示意图；
图4为本申请一实施例提供的双极坐标系下的管道几何形状示意图；
图5为本申请另一实施例提供的管道截面流动预测分析方法的流程示意图；
图6为本申请一实施例提供的所述计算的管道流体截面速度等值线分布图；
图7为本申请一实施例提供的管道中心线处截面速度分布图；
图8为本申请一实施例提供的所述湍流动能的有效值等值线分布图；
图9为本申请一实施例提供的所述湍流动能的比耗散率的有效值等值线分布图；
图10为本申请一实施例提供的所述湍流粘度的有效值等值线分布图；
图11为本申请一实施例提供的管道截面流动预测分析装置的结构示意图；
图12为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图；
图13为本申请另一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
我国成品油长输管道具有高雷诺数，大管径，添加减阻剂等特点，不同的减阻剂和流量得到的压力梯度和流场分布不同，对管道正常运行存在影响。为了能够实现工业水平的模拟预测分析，以分析掌握管道内流体的流量和减阻剂对管道内流体的影响规律，提出了基于双极坐标耦合减阻剂本构方程的湍流减阻预测方法。摩擦压降(或摩擦阻力)限制了流体在管道中的流动，造成管道内流体运输量降低或能量消耗增加。一般可利用化学添加剂降低长输管道系统内流体的摩擦阻力，提高输送量，对节约能源和投资，加速油品的开发利用，都具有重要的意义。减阻剂(dragreducingagent，dra)用于降低流体流动阻力，减阻剂就是其中较为有效的一种管道用化学添加剂，它能迅速而经济地扩大管道输送的能力，是在特定时期、特定地段提高管道流通能力，降低能耗的重要手段。在管道内的流体中添加少量的高分子聚合物，能在雷诺数大于2000后的湍流状态下降低流体的流动阻力，这种方法称为高聚物减阻。
以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解：
湍流模型：用来描述流动通道内流体在湍流时，湍流粘度分布的物理模型。湍流是流体的一种流动状态，当管道内的流速增加超过2000雷诺数时，流线不在清晰可辨，流场中存在许多小的涡旋，层流被破坏，相邻流层之间有滑动和混合，使得流体的流动阻力非线性增大。
本构方程：用于描述聚合物受到力作用后，分子变形关系的模型。
双极坐标：用于描述圆管的曲线坐标系。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本申请实施例可以应用于电子设备中，图1为本申请一实施例提供的应用场景示意图，如图1所示，电子设备例如可以包括服务器、计算机、移动终端等，移动终端包括：手机、平板电脑、可穿戴设备等，对此本申请不做限制。
下面结合几个具体的实施例，对本申请的技术方案进行描述。
图2为本申请一实施例提供的管道截面流动预测分析方法的流程示意图，如图2所示，本申请实施例的方法可以包括：
s201、获取输入的管道的参数和管道内流体的物体参数，所述管道的参数包括管道的直径、管道入口的流量，所述流体的物体参数包括流体的密度和流体的粘度。
在获取所述输入的管道的参数和管道内流体的物体参数之前，接收用户输入的管道的参数和管道内流体的物体参数，而用户所输入的管道的参数和管道内流体的物体参数均是在笛卡尔坐标系下获取的，图3为本申请一实施例提供的笛卡尔坐标系下的管道几何形状示意图，如图3所示。其中，所述笛卡尔坐标系下的所述管道的参数可以包括管道的直径、管道入口的流量、管道壁面粗糙度、管道放置角度和管道长度等；所述流体的物体参数可以包括管道内流体的密度和流体的粘度等。由于管道内流体是不可压缩的，因此，管道内任何一处流量都是相同的。
将上述用户所输入的笛卡尔坐标系下的管道的参数和管道内流体的物体参数转换为双极坐标系下的管道的参数和管道内流体的物体参数，所述获取输入的管道的参数和管道内流体的物体参数即为双极坐标系下的管道的参数和管道内流体的物体参数。图4为本申请一实施例提供的双极坐标系下的管道几何形状示意图，如图4所示。所述笛卡尔坐标系与所述双击坐标系的转换过程如下：
例如，笛卡尔坐标系的坐标描述为(x，y，z)，双极坐标系的坐标描述为(ξ,η,z)。由于管道内流体流动方向不会发生变化，因此笛卡尔坐标系与双极坐标系的z方向不发生变化。笛卡尔坐标系与双极坐标系之间关系如公式一至公式三：
z＝z公式三
双极坐标系下坐标(ξ,η,z)的标度因子如公式四至公式六：
lz＝1公式六
上述公式中，
根据上述笛卡尔坐标系与双极坐标系之间的坐标关系，通过双极坐标变换，将笛卡尔坐标系下的流体流动区域转化成了在双极坐标系下规则的矩形计算区域。笛卡尔坐标系转换到双极坐标系的偏导数公式如公式七至公式十：
为了便于计算，取c＝coshηcosξ-1，s＝sinhηsinξ，c2 s2＝(coshη-cosξ)2。
其中，χ为表示ξ方向的度规系数，反应了ξ方向网格线的疏密程度；γ为表示η方向的度规系数，反应了η方向网格线的疏密程度；β表示ξ方向和η方向的正交程度，0表示正交；j表示双极坐标上控制容积的膨胀程度，dv＝jdξdη，dv表示笛卡尔坐标系中控制容积的体积。
由于管道内流体的物理流动是发生在笛卡尔坐标系下，而双极坐标系是计算平面，管道内流体的控制方程均需要建立在双极坐标系中，这里给出了标量在物理平面和计算平面之间的导数关系如公式十五至公式十八：
根据公式十五至公式十八可得出公式十九：
上述公式十五至公式十九中φ可代表任意变量，即所述压力梯度、速度场、管道截面的湍流动能、湍流动能的比耗散率、湍流粘度、湍流能量耗散率湍流参数等。
根据上述公式一至公式十九可将用户输入的笛卡尔坐标系下管道的参数和管道内流体的物体参数转换为双极坐标系下的管道的参数和管道内流体的物体参数，获取所述管道的参数和管道内流体的物体参数。
s202、获取预设的压力梯度和预设的速度场。
s203、根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数、所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
本实施例中，当管道内流体处于湍流状态(雷诺数大于2000)时，需引入湍流模型方程对湍流参数进行求解，所求解的湍流参数与管道内流体的流场相互作用，可以影响流场的分布规律，符合湍流的物理规律。其中所述湍流参数包括湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值等。所述湍流模型方程如公式二十一、公式二十三。
笛卡尔坐标系下的湍流动能方程如公式二十：
双极坐标下的湍流动能方程如公式二十一：
笛卡尔坐标系下的湍流动能的比耗散率方程如公式二十二：
双极坐标下的湍流动能的比耗散率方程如公式二十三：
湍流粘度计算如公式二十四：
ε＝β2ωk公式二十五
上述公式二十至公式二十五中，w表示管道内流体的速度场，单位为米每秒(m/s)；j表示双极坐标上控制容积的膨胀程度；μ表示管道内流体本身的粘度，单位为帕·秒(pa·s)；μt表示管道内流体湍流粘度，单位为帕·秒(pa·s)；ρ表示管道内流体密度，单位为千克每立方米(kg/m3)；k表示管道内流体湍流动能，单位为平方米每平方秒(m2/s2)；ω表示管道内流体湍流动能的比耗散率，单位为每秒(1/s)；ε表示湍流能量耗散率，单位为平方米每立方秒(m2s-3)；
根据步骤s202中所获取的预设的压力梯度和预设的速度场、所述湍流模型方程公式二十一、公式二十三以及所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，获取湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。其中，所述湍流粘度的有效值是流体流动发生湍流变化变化以后产生的湍流粘度。
s204、根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，得到计算的速度场。
本实施例中，为了减小管道内流体流动的摩擦阻力，管道内流体中添加了减阻剂，也就引入了减阻剂应变参量。
为了便于研究，忽略坐标系下x，y两个方向的流体流动，仅关注z方向速度分布规律。基于牛顿第二定律，可列出坐标系下z方向的动量方程。
笛卡尔坐标系下z方向的动量方程如公式二十六：
双极坐标系下z方向的动量方程如公式二十七：
公式二十六、公式二十七中，w表示管道内流体的速度场，单位为米每秒(m/s)；
根据所述减阻剂应变参量及动量方程公式二十六获取计算的速度场，所述计算的速度场为当前管道截面的速度场。
s205、输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
本实施例中，可将上述步骤中所获取的所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值等发送给相应的显示设备，通过所述显示设备显示所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值等。或者通过自身设备直接显示所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。其中，所述显示设备可以是终端设备，例如，电脑、手机等，对此，本申请不做限制。
本实施例中，通过根据所输入的管道的直径、管道入口的流量、流体的密度和流体的粘度、预设的压力梯度和预设的速度场，以及湍流方程，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值；再根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，得到计算的速度场；然后输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值，对管道内流体的流动情况进行预测，有效的分析管流中不同流量和减阻剂物理性质变化下的减阻率，管道内压力梯度变化规律以及流场分布情况，提高了分析效率。
图5为本申请另一实施例提供的管道截面流动预测分析方法的流程示意图，如图5所示，本申请实施例的方法可以包括：
s501、获取输入的管道的参数和管道内流体的物体参数，所述管道的参数包括管道的直径、管道入口的流量，所述流体的物体参数包括流体的密度和流体的粘度。
s502、获取预设的压力梯度和预设的速度场。
s501-s502的具体实现过程可以参见图2所示实施例中的相关描述，此处不再赘述。
s503、根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的初值和湍流动能的比耗散率的初值。
本实施例中，当管道内流体处于湍流状态(雷诺数大于2000)时，需引入湍流模型方程对湍流参数进行求解，所求解的湍流参数与管道内流体的流场相互作用，可以影响流场的分布规律，符合湍流的物理规律。根据所述湍流模型方程公式二十一、公式二十三以及所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，获取所述湍流动能的初值和湍流动能的比耗散率的初值。
s504、根据所述湍流动能的初值、所述湍流动能的比耗散率的初值、所述流体的密度，确定湍流粘度的初值。
本实施例中，根据s503中所获取的所述湍流动能的初值和湍流动能的比耗散率的初值以及所输入的流体密度参数，利用公式二十四获取湍流粘度的初值。
s505、根据所述湍流粘度的初值、湍流动能的初值、湍流动能的比耗散率的初值和所述湍流模型方程，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
本实施例中，根据s503以及s504中获取的所述湍流粘度的初值、湍流动能的初值、湍流动能的比耗散率的初值、所述湍流模型方程公式二十一、公式二十三，获取湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
其中，所述湍流方程的具体实现过程可以参见图1所示实施例中的相关描述，此处不再赘述。
如图5所示，所述实施例还包括：
s506、根据本构方程，确定所述流体中加入的减阻剂的应变参量。
可根据用户的需求，可以在所述流体中加入减阻剂，也可不加，例如，在本实施例中以添加减阻剂为例进行说明。采用giesekus粘弹性非牛顿体本构方程作为减阻剂的本构方程，其张量形式如公式二十八：
其中，τ是粘弹性附加应力张量，单位为帕(pa)；λ表示溶液粘弹性特性的松弛时间常数，单位为秒(s)；α(0＜α＜1)表示粘弹性减阻溶液的迁移因子，是决定溶液拉伸粘度的关键因素；η表示零剪切应力时添加剂对粘度的贡献，单位为帕·秒(pa·s)；u表示速度矢量。
为了便于研究，本实施例中仅考虑管道内流体的主要流动方向，忽略其它流动方向的影响，管道内流体的主要流动方向为流体的速度场方向，因此只需考虑管道内流体速度场方向上的流动规律。
简化后的笛卡尔坐标系下的本构方程如公式二十九：
双极坐标系下的本构方程如公式三十：
公式二十九、公式三十中，w表示管道内流体的速度场，单位为米每秒(m/s)，λ表示溶液粘弹性特性的松弛时间常数，单位为秒(s)；η表示零剪切应力时添加剂对粘度的贡献，单位为帕·秒(pa·s)；α(0＜α＜1)表示粘弹性减阻溶液的迁移因子，是决定溶液拉伸粘度的关键因素；czz表示控制体z面上z方向的应变，单位为千克每米·秒(kg/(m·s))；cxz表示控制体x面上z方向的应变，单位为千克每米·秒(kg/(m·s))；cyz表示控制体y面上z方向的应变，单位为千克每米·秒(kg/(m·s))；
根据上述公式三十，获取所述流体中加入的减阻剂的应变参量czz，cxz，cyz。
s507、根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，得到计算的速度场。
根据s506中的本构方程所求解的所述流体中加入的减阻剂的应变参量czz，cxz，cyz及s204中所述的动量方程，获取计算的速度场。
在一些实施例中，所述实施例，还包括s508-s510：
s508、判断所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值是否小于第二预设差异值。
本实施例中，判断s507中所获取的计算的速度场与所述预设的速度场之间的差异值是否小于第二预设差异值。
其中，所述第二预设差异值可以根据所获取的计算的速度场与所述预设的速度场之间的差值来确定。例如，该差值可以为零，也可以为比零更小的数值。
s509、若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值小于第二预设差异值，则输出计算的速度场。
本实施例中，判断所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值是否小于第二预设差异值，若所述计算的速度场与所述预设的速度场之间的差异值小于所述第二预设差异值，那么输出当前所计算的速度场。
s510、若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值大于等于第二预设差异值，则将所述预设的速度场的值更改为所述计算的速度场的值。
本实施例中，判断所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值是否小于第二预设差异值，若所述计算的速度场与所述预设的速度场之间的差异值不小于所述第二预设差异值，即所述计算的速度场与所述预设的速度场之间的差异值大于等于所述第二预设差异值，那么将所述预设的速度场的值更改为所述计算的速度场的值，然后执行步骤s502-s507重新求取湍流粘度，再根据动量方程、湍流方程、本构方程获取当前计算的速度场的值，再输出当前计算的速度场的值。
在一些实施例中，所述实施例，还包括s511-s514：
s511、根据所述计算的速度场和质量守恒方程，确定所述管道的截面流量。
根据上述步骤中所获取的计算的速度场的值及流体的质量守恒方程，获取所述管道截面的截面流量。
本实施例中，由于管道内成品油是液体为不可压流体，因此管道内流体的流量是守恒的，在管道截面上流体的流量保持不变。其中，质量守恒方程如公式三十一所示：
g＝∫ρwda公式三十一
公式三十一中，g表示流过当前截面的质量流量，单位为千克每秒(kg/s)；w表示网格内每个控制容积z方向的速度，单位为米每秒(m/s)；ρ表示管道内流体密度，单位为千克每立方米(kg/m3)，a表示控制单元的面积，单位为平方米(m2)。
根据s508中所获取的计算的速度场的值及上述流体的质量守恒方程，获取所述管道截面的截面流量。
s512、判断所述管道的截面流量与所输入的管道入口的流量之间的差异值是否小于第一预设差异值。
s513、若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值小于第一预设差异值，则输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
本实施例中，判断s509中所获取的所述管道的截面流量与所输入的管道入口的流量之间的差异值，若所述管道的截面流量与所输入的管道入口的流量之间的差异值小于第一预设差异值，那么输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
例如，图6-图7示出的是管道截面上流体速度场的分布图，湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值分别如图8、图9及图10所示。其中，图6、图8-图10中的等值线1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11所代表的方向依次为由管道中心向管壁处。6为本申请一实施例提供的所述计算的管道流体截面速度场等值线分布图，从图6中可以看出管道内流体的速度场值由管道中心向管壁处依次为：0.55m/s、0.5m/s、0.45m/s、0.4m/s、0.35m/s、0.3m/s、0.25m/s、0.2m/s、0.15m/s、0.1m/s和0.05m/s。由上述所示速度场值可以看出管道中心处的速度值大，管壁处的速度值小，符合管道内流体的湍流规律。图7为本申请一实施例提供的管道流体截面速度场中心线处的分布图，中心线截面处的速度呈抛物线状分布，如图7所示。图8为本申请一实施例提供的所述湍流动能的有效值等值线分布图，如图8所示，所述湍流动能的有效值由管道中心向管壁处依次为：0.0005m2/s2、0.0006m2/s2、0.0007m2/s2、0.0008m2/s2、0.0009m2/s2、0.001m2/s2、0.0011m2/s2、0.0011m2/s2、0.001m2/s2、0.0009m2/s2和0.0008m2/s2。图9为本申请一实施例提供的所述湍流动能的比耗散率的有效值等值线分布图，如图9所示，所述湍流动能的比耗散率的有效值由管道中心向管壁处依次为：42.16971/s、56.23411/s、74.98941/s、1001/s、133.3521/s、177.8281/s、237.1371/s、316.2281/s、562.3411/s、749.8941/s和10001/s。图10为本申请一实施例提供的所述湍流粘度的有效值等值线分布图，如图10所示，所述湍流粘度的有效值由管道中心向管壁处依次为：0.012pa·s、0.011pa·s、0.01pa·s、0.009pa·s、0.008pa·s、0.007pa·s、0.006pa·s、0.005pa·s、0.004pa·s、0.003pa·s和0.002pa·s。
其中，所述第一预设值可根据所述管道的截面流量与所输入的管道入口的流量之间的差值来确定。本申请实施例中，所述第一预设值可以为10-4。
s514、若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值大于等于第一预设差异值，则根据二分法，更改所述预设的压力梯度的值。
本实施例中，判断s509中所获取的所述管道的截面流量与所输入的管道入口的流量之间的差异值，若所述管道的截面流量与所输入的管道入口的流量之间的差异值大于第一预设差异值，则根据二分法更改重新确定所述预设的压力梯度的值。然后根据该压力梯度值重新获取所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值，具体实现过程执行上述步骤s502-s509。
其中，所述二分法具体实现过程如下：
1)所述管道的截面流量与所述管道入口流量的差异值函数可以为：f(xp)＝|gc-g|。其中，g代表设定的流量，单位为千克每立方米(kg/m3)；gc代表计算的流量，单位为千克每立方米(kg/m3)，xp表示管道内流体压力梯度，单位为帕每米(pa/m)；。
2)假设压力梯度范围[a,b]，则中点压力梯度
3)根据中点压力梯度x0、所述动量方程、所述湍流方程、所述本构方程，获取此压力梯度下的管道的截面流量gc。计算所述管道的截面流量与所述管道入口流量的差异值f(x0)，若小于10-4，那么x0就是所要输出的压力梯度值。
4)若f(a)f(x0)＞0，则x∈(x0,b)，以x0代替a；若f(a)f(x0)＜0，则x∈(a,x0)，以x0代替b。
5)若|gc-g|＜10-4，二分法计算终止。此时x＝x0，x0为管道入口流量条件下的压力梯度。
本实施例中，通过根据所输入的管道的直径、管道入口的流量、流体的密度和流体的粘度、预设的压力梯度和预设的速度场，以及湍流方程，获取湍流动能的初值、湍流动能的比耗散率的初值、湍流粘度的初值；然后根据所述湍流粘度的初值、湍流动能的初值、湍流动能的比耗散率的初值和所述湍流模型方程，获取湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值；再根据本构方程，获取所述流体中加入的减阻剂的应变参量；然后根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，获取计算的速度场；判断所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值是否小于第二预设差异值，输出计算的速度场，最后根据所述计算的速度场和质量守恒方程，获取所述管道的截面流量，判断所获取的所述管道的截面流量与所输入的管道入口的流量之间的差异值，输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。该方法主要考虑了在流体中添加减阻剂以及长距离运输管道的影响，耦合了湍流模型方程和本构方程的基础上，可以保证符合成品油长输管道上的流动状态，且模型中应用双极坐标系具有较好的正交性，通过体积流量守恒可预测得到长距离管道圆截面的速度分布和湍流参数以及压力梯度，能够有效的指导成品油长距离输油管道的运营，提高了分析效率。
图11为本申请一实施例提供的管道截面流动预测分析装置的结构示意图，如图11所示，本申请实施例的装置1100可以包括：第一获取模块1110，第二获取模1120，第一处理模1130，第二处理模1140，输出模1150。
所述第一获取模块1110，用于获取输入的管道的参数和管道内流体的物体参数，所述管道的参数包括管道的直径、管道入口的流量，所述流体的物体参数包括流体的密度和流体的粘度。
所述第二获取模块1120，用于获取预设的压力梯度和预设的速度场。
所述第一处理模块1130，用于根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
所述第二处理模块1140，用于根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，得到计算的速度场。
所述输出模块1150，用于输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
在一些实施例中，所述第一处理模块1130，具体用于：
根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的初值和湍流动能的比耗散率的初值。
根据所述湍流动能的初值、所述湍流动能的比耗散率的初值、所述流体的密度，确定湍流粘度的初值。
根据所述湍流粘度的初值、湍流动能的初值、湍流动能的比耗散率的初值和所述湍流模型方程，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
在一些实施例中，所述装置1100，还包括：第三处理模块1160。
所述第三处理模块1160，用于根据本构方程，确定所述流体中加入的减阻剂的应变参量。
在一些实施例中，所述输出模块1150之前，还包括：第四处理模块1170。
所述第四处理模块1170，用于根据所述计算的速度场和质量守恒方程，确定所述管道的截面流量。
所述输出模块1150，具体用于：
若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值小于第一预设差异值，则输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
所述输出模块1150，还用于：
若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值大于等于第一预设差异值，则根据二分法，更改所述预设的压力梯度的值。
在一些实施例中，所述输出模块1150输出计算的速度场之前，还包括：判断模块1180。
所述判断模块1180，用于判断所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值是否小于第二预设差异值。
所述输出模块1150，具体用于：
若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值小于第二预设差异值，则输出计算的速度场。
在一些实施例中，所述输出模块1150，还用于：
若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值大于等于第二预设差异值，则将所述预设的速度场的值更改为所述计算的速度场的值。
本实施例的装置，可以用于执行上述各方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图12为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图，如图12所示，本实施例的电子设备1200可以包括：存储器1210、处理器1220。
存储器1210，用于存储程序指令；
处理器1220，用于调用并执行所述存储器中的程序指令，执行：
获取输入的管道的参数和管道内流体的物体参数，所述管道的参数包括管道的直径、管道入口的流量，所述流体的物体参数包括流体的密度和流体的粘度。
获取预设的压力梯度和预设的速度场。
根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，得到计算的速度场。
输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
可选地，所述处理器1220，具体用于：
根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的初值和湍流动能的比耗散率的初值。
根据所述湍流动能的初值、所述湍流动能的比耗散率的初值、所述流体的密度，确定湍流粘度的初值。
根据所述湍流粘度的初值、湍流动能的初值、湍流动能的比耗散率的初值和所述湍流模型方程，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
可选地，所述处理器1220还用于：
根据本构方程，确定所述流体中加入的减阻剂的应变参量。
可选地，所述输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值之前，所述处理器1220还用于：
根据所述计算的速度场和质量守恒方程，确定所述管道的截面流量。
所述处理器1220，具体用于：
若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值小于第一预设差异值，则输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
可选地，所述处理器1220，还用于：
若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值大于等于第一预设差异值，则根据二分法，更改所述预设的压力梯度的值。
可选地，输出计算的速度场之前，所述处理器1220，还用于：
判断所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值是否小于第二预设差异值。
所述处理器1220，具体用于：
若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值小于第二预设差异值，则输出计算的速度场。
可选地，所述处理器1220，还用于：
若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值大于等于第二预设差异值，则将所述预设的速度场的值更改为所述计算的速度场的值。
本实施例的电子设备，可以用于执行上述各方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图13为本申请另一实施例提供的电子设备的结构示意图。参照图13，电子设备1300包括处理组件1322，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1332所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1322的执行的指令，例如应用程序。存储器1332中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1322被配置为执行指令，以执行上述各方法实施例中的方案。
电子设备1300还可以包括一个电源组件1326被配置为执行电子设备1300的电源管理，一个有线或无线网络接口1350被配置为将电子设备1300连接到网络，和一个输入输出(i/o)接口1358。电子设备1300可以操作基于存储在存储器1332的操作系统，例如windowsservertm，macosxtm，unixtm,linuxtm，freebsdtm或类似。
一种非临时性计算机可读存储介质，当该存储介质中的指令由服务器的处理器执行时，使得服务器能够执行上述任一方法实施例中的方案。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读内存(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
1.一种管道截面流动预测分析方法，其特征在于，包括：
获取输入的管道的参数和管道内流体的物体参数，所述管道的参数包括管道的直径、管道入口的流量，所述流体的物体参数包括流体的密度和流体的粘度；
获取预设的压力梯度和预设的速度场；
根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数、所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值；
根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，得到计算的速度场；
输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数、所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值，包括：
根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的初值和湍流动能的比耗散率的初值；
根据所述湍流动能的初值、所述湍流动能的比耗散率的初值、所述流体的密度，确定湍流粘度的初值；
根据所述湍流粘度的初值、湍流动能的初值、湍流动能的比耗散率的初值和所述湍流模型方程，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据本构方程，确定所述流体中加入的减阻剂的应变参量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值之前，还包括：
根据所述计算的速度场和质量守恒方程，确定所述管道的截面流量；
所述输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值，包括：
若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值小于第一预设差异值，则输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
若所述管道的截面流量与管道入口的流量之间的差异值大于等于第一预设差异值，则根据二分法，更改所述预设的压力梯度的值。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，输出计算的速度场之前，还包括：
判断所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值是否小于第二预设差异值；
所述输出计算的速度场，包括：
若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值小于第二预设差异值，则输出计算的速度场。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
若所述计算的速度场与所述预设的速度场的差异值大于等于第二预设差异值，则将所述预设的速度场的值更改为所述计算的速度场的值。
8.一种管道截面流动预测分析装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取输入的管道的参数和管道内流体的物体参数，所述管道的参数包括管道的直径、管道入口的流量，所述流体的物体参数包括流体的密度和流体的粘度；
第二获取模块，用于获取预设的压力梯度和预设的速度场；
第一处理模块，用于根据湍流模型方程、所述管道的参数和所述管道内流体的物体参数，所述预设的压力梯度和所述预设的速度场，确定湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值；
第二处理模块，用于根据所述流体中加入的减阻剂的应变参量和动量方程，得到计算的速度场；
输出模块，用于输出所述预设的压力梯度、计算的速度场、湍流动能的有效值、湍流动能的比耗散率的有效值、湍流粘度的有效值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用并执行所述存储器中的程序指令，执行如权利要求1至7中任一项所述的管道截面流动预测分析方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的管道截面流动预测分析方法。
技术总结