Базовые элементы интерфейса и навигации

Для эффективной работы с данным документом рекомендуется предварительно ознакомиться с расположением базовых элементов интерфейса и основами навигации в программе Frost.Термо.

Рис. 1 – Основное окно программы: 1 – Главное меню Frost.Термо; 2 – Панель инструментов; 3 – Панель навигации; 4 – Меню переходов; 5 – Область списка; 6 – Область свойств; 7 – Рабочая сцена (область);
8 – Выбор режима редактирования

Обозначения в инструкции:

• Клавиша клавиатуры или мыши.

• Кнопка программы.

• Окно/вкладка.

• Текстовое название поля или элемента/Область программного комплекса (см. Рис. 1).

• Элемент списка.

• Выпадающий список↓

Сокращения, используемые в инструкции:

• ЛКМ – левая кнопка мыши.

• ПКМ – правая кнопка мыши.

• СКМ – средняя кнопка мыши.

• База данных – окно «База данных материалов, физических свойств и условий теплообмена».

Навигация на трехмерной рабочей сцене:

• Нажатие и удержание СКМ – перемещение геометрии в текущей плоскости.

• Нажатие и удержание Shift+СКМ – поворот трехмерной модели относительно ее центра.

• Также можно использовать инструменты боковой панели управления:

  • Режим смещения  (перемещение объекта при помощи ЛКМ).

  • Режим вращения (вращение объекта при помощи ЛКМ).

  • Режим масштабирования (масштабирование объекта при помощи ЛКМ).

Постановка задачи

В данном документе описано поэтапное создание геологической модели участка с тремя трубопроводами (Рис. 2): продуктопровод без изоляции; нефтепровод, воздействие от которого моделируется через граничное условие, где учтена теплоизоляция; газопровод, теплоизоляция которого моделируется в явном виде. Все трубопроводы расположены в траншеях из песка. Необходимо произвести тепловой прогнозный расчет на 30 лет с 01.01.2025.

Конструктивные характеристики трубопроводов приведены в Табл. 1. Климатические данные и теплофизические свойства грунтов приведены в

Табл. 2 и Табл. 3 соответственно. Температурное распределение на глубине грунта приведено в Табл. 5. Взаиморасположение геологических скважин и их структура приведены в

Табл. 8 .

Рис. 2 – Схема взаиморасположения трубопроводов

Табл. 1 – Конструктивные характеристики трубопроводов

	Диаметр трубы внешний, мм	Толщина, мм		Теплопроводность Вт/(м∙К)		Температура продукта, оС
		стенки трубы	теплоизоляции	стенки трубы	теплоизоляции
Продуктопровод	325	8	0	52	—	5
Нефтепровод	426	9	100	52	0,028	30
Газопровод	1020	9	100	52	0,028	20

Табл. 2 – Климатические данные

Параметр	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Температура, оС	-26,4	-26,4	-19,2	-10,3	-2,6	10,1	17,1	12,5	5,8	-6,3	-18,2	-24
Скорость ветра, м/с	2,3	2,1	2,1	2,4	2,4	2,1	1,8	1,8	1,9	2,3	2,3	2,4
Толщина снегового покрова, м	0,47	0,49	0,51	0,47	0,16	0	0	0	0	0,18	0,25	0,38
Теплопроводность снегового покрова, Вт/(м∙К)	0,37

Табл. 3 – Теплофизические свойства грунтов

Наименование параметра материала	Наименование материала
	ИГЭ-1	ИГЭ-2	ИГЭ-3
Температура, оС	Табл. 5
Использовать конвекцию	\[нет\]
Объемная теплоемкость материала в талом состоянии, МДж/(м3∙К)	\[2,94\]	\[2,99\]	\[3,13\]
Объемная теплоемкость материала в мерзлом состоянии, МДж/(м3∙К)	\[1,85\]	\[2,17\]	\[2,14\]
Теплопроводность материала в талом состоянии, Вт/(м∙К)	\[0,51\]	\[1,41\]	\[1,57\]
Теплопроводность материала в мерзлом состоянии, Вт/(м∙К)	\[0,86\]	\[1,55\]	\[1,79\]
Суммарная весовая влажность грунта, д.е.	\[5,53\]	\[0,28\]	\[0,38\]
Плотность скелета (сухого) грунта, кг/м3	\[150\]	\[1380\]	\[1220\]
Тип грунта (для определения зависимости содержания незамерзшей воды от температуры)	Торф	\[Песок\]
Тип засоления	–	Морской тип засоления
Степень засоленности грунта, %	–	0,1165	0,0952
Температура фазового перехода, оС	\[- 0,17\]	\[- 0,32\]	\[- 0,28\]

Табл. 4 – Теплофизические свойства строительных материалов

Наименование параметра материала	Наименование материала
	Засыпка	Теплоизолятор
Температура, оС	-1	-1
Объемная теплоемкость материала в талом состоянии, Дж/(м3∙К)	\[1,344E6\]	\[0,057E6\]
Объемная теплоемкость материала в мерзлом состоянии, Дж/(м3∙К)	\[1,344E6\]	\[0,057E6\]
Теплопроводность материала в талом состоянии, Вт/(м∙К)	\[0,58\]	\[0,028\]
Теплопроводность материала в мерзлом состоянии, Вт/(м∙К)	\[0,58\]	\[0.028\]
Суммарная весовая влажность грунта, д.е.	\[0,02\]	\[0,004\]
Плотность скелета (сухого) грунта, кг/м3	\[1600\]	\[34\]
Зависимость содержания незамерзшей воды от температуры	Аналогичная песку (\(l_{p} \leq 0.02\))	Аналогичная льду
Температура фазового перехода, оС	\[0\]	\[0\]

Табл. 5 – Температурное распределение по Скв. 1 на 01.01.2025

Абсолютная отметка, м	Температура, °C
0	-8,2
-0,5	-1,8
-1	-0,51
-1,5	-0,98
-2	-1,38
-2,5	-1,67
-3	-1,86
-3,5	-1,95
-4	-1,99
-4,5	-2
-5	-2,07
-6	-1,99
-7	-2,05
-8	-2,01
-9	-2,06
-10	-2,03
-12	-2

Табл. 6 – Температурное распределение по Скв. 2 на 01.01.2025

Абсолютная отметка, м	Температура, °C
0	-8,41
-0,5	-0,89
-1	-0,73
-1,5	-1,11
-2	-1,46
-2,5	-1,73
-3	-1,9
-3,5	-2
-4	-2,05
-4,5	-2,07
-5	-2,1
-6	-2,12
-7	-2,09
-8	-2,05
-9	-2,1
-10	-2,13
-12	-2,1

Табл. 7 – Температурное распределение по Скв. 3 на 01.01.2025

Абсолютная отметка, м	Температура, °C
0	-8,38
-0,5	-1,92
-1	-0,55
-1,5	-1
-2	-1,41
-2,5	-1,72
-3	-1,92
-3,5	-2,01
-4	-2,07
-4,5	-2,11
-5	-2,14
-6	-2,12
-7	-2,08
-8	-2,05
-9	-2,11
-10	-2,09
-12	-2,06

Табл. 8 – Положение геологических скважин и мощность слоев грунта для них

	Скв. 1	Скв. 2	Скв. 3
X	20	45	70
Y	10	10	10
Отметка устья	0	0	0

Новый проект

1. Создадим новый проект:

• Frost.Термо → Новый → В текущем окне: появится диалоговое окно Новый проект.

2. В появившемся окне необходимо выбрать папку для сохранения проекта, а затем указать имя проекта «Взаимовлияние трех трубопроводов».

3. Нажмем Применить, после чего будет создан новый проект.

Изменение размерности

4. Для настройки размерности величин в программе необходимо вызвать соответствующее окно:

• Frost.Термо → Настройки размерностей: появится диалоговое окно Настройки размерностей.

5. В появившемся окне напротив полей Длина и Высота в выпадающем списке выбрать Метр↓.

6. Для сохранения изменений необходимо закрыть окно, нажав Применить.

База данных

7. Для задания температурных распределений на термометрических скважинах, теплофизических свойств грунтов и строительных материалов, а также граничных условий необходимо перейти в окно База данных:

• Меню переходов → Открыть базу данных : появится окно с названием База данных.

Создание термометрических скважин

8. Создадим термометрическую скважину:

• База данных → Термометрические скважины → Добавить (Рис. 4, п. 4): будет создана новая термометрическая скважина с названием «Температурная скважина 1».

9. Переименуем скважину Температурная скважина 1 на «Скв. 1»:

• Температурная скважина 1 → ПКМ: появится контекстное меню → Переименовать: ввести новое имя «Скв. 1» → Enter.

10. Зададим начальное распределение температуры для термометрической скважины Скв. 1:

• Скв. 1 → Температурное распределение : появится окно Температура, в котором необходимо задать распределение температуры по глубине в соответствии с Табл. 5 (Рис. 3, п. 1–4).

Добавить поле: Температура → Добавить (Рис. 3, п. 4). Удалить поле (для выделения нескольких полей следует зажать клавишу Ctrl): Температура → ЛКМ справа от поля: произойдет выделение → ПКМ на выделенную область: появится контекстное меню → Удалить выделенные. Удалить все поля: Температура → Очистить (Рис. 3, п. 5).

11. Для сохранения введенных данных нажмем Применить.

12. По аналогии с п. 8–9 создадим термометрические скважины с названиями «Скв. 2» и «Скв. 3» (Рис. 4)

13. По аналогии с п. 10–11 для термометрических скважин Скв. 2 и Скв. 3 зададим начальные температурные распределения из Табл. 6 и Табл. 7 соответственно.

14. Останемся в окне База данных для дальнейшего задания материалов и граничных условий.

Рис. 3 – Задание распределения начальной температуры по глубине грунта: 1 – Поле ввода значения вертикальной координаты; 2 – Поле ввода значения начальной температуры; 3 – Поле ввода величины абсолютной отметки; 4 – Кнопка Добавить; 5 – Кнопка Очистить; 6 – Кнопка Копировать; 7 – Кнопка Вставить

Рис. 4 – Редактирование параметров термометрической скважины «Скв. 1»: 1 – Кнопка добавления термометрической скважины; 2 – Выбор типа задания отметок; 3 – Задание положения термометрической скважины; 4 - Кнопка вызова окна задания зависимости температуры по глубине

Создание материалов

15. Создадим новый материал:

• База данных → Материалы → Добавить (Рис. 6, п. 1): будет создан новый материал с названием «Материал 1».

16. Переименуем новый материал «Материал 1» на «ИГЭ-1 (Торф)»:

• Материал 1 → ПКМ: появится контекстное меню → Переименовать: ввести новое имя «ИГЭ - 1 (Торф)» → Enter.

17. Зададим начальную температуру для материала ИГЭ-1 (Торф):

• ИГЭ-1 (Торф) → Температура → Использовать термометрические скважины↓

18. Необходимо ввести теплофизические свойства материала ИГЭ-1 (Торф) в соответствии с Табл. 3 (Рис. 6).

19. По аналогии с п. 15–16 создадим материалы с названиями «ИГЭ-2 (Песок)», «ИГЭ-3 (Песок)», «Теплоизолятор», «Засыпка», «Продуктопровод», «Нефтепровод» и «Газопровод» (Рис. 6).

20. По аналогии с п. 17–18 для материалов ИГЭ-2 (Песок) и ИГЭ-3 (Песок) введем значения, представленные в Табл. 3.

21. По аналогии с п. 17–18 для материалов Теплоизолятор и Засыпка зададим теплофизические свойства в соответствии с Табл. 4.

22. Зададим начальную температуру для материалов Теплоизолятор и Засыпка:

• Удерживая клавишу Shift ЛКМ, выделяем Теплоизолятор + Засыпка → Температура → Табличное распределение↓. В поле Температура задаем значение -1 (Рис. 5).

  

Рис. 5 – Задание начальной температуры для материалов «Теплоизолятор» и «Засыпка»

Рис. 6 – Редактирование физических свойств материала «ИГЭ‑1 (Торф)»: 1 – Кнопка добавления материала, граничного условия или условия теплообмена; 2 – Область задания теплофизических свойств материала;

23. Для материала Продуктопровод включим опцию Внешняя среда, а в поле Температура введем значение 5 (Рис. 7).

Рис. 7 – Задание трубопроводов как внешнего воздействия

24. По аналогии с п. 23 для обоих материалов Нефтепровод и Газопровод определим материал как Внешнюю среду и введем значения Температуры, равными 30 и 25, соответственно.

25. Останемся в окне База данных для дальнейшего задания граничных условий.

Создание граничных условий

26. Создадим новое граничное условие:

• База данных → Граничные условия → Добавить (Рис. 6, п. 1): будет создано новое граничное условие с названием «ГУ 1».

27. Переименуем новое граничное условие ГУ 1 на «q = 0»:

• ГУ 1 → ПКМ: появится контекстное меню → Переименовать: ввести новое имя «q = 0» → Enter.

28. Зададим граничное условие 2 рода (постоянный тепловой поток) для q = 0 в выпадающем списке (Рис. 8, п. 1):

• q = 0 → Тепловой поток↓:

Тепловой поток = 0 [Вт/м²].

29. По аналогии с п. 26–27 создадим граничные условия с названиями «ГУ продуктопровода», «ГУ нефтепровода», «ГУ газопровода» (Рис. 8).

30. Зададим граничное условие 3 рода (теплообмен по Ньютону) для ГУ продуктопровода:

• ГУ продуктопровода → Теплообмен по Ньютону↓:

Температура = 5 [^оС].

Коэффициент теплообмена = 300 [\(\frac{Вт}{м^{2} \bullet К}\)] (моделируется прямое воздействие на грунт).

31. Зададим граничное условие 3 рода (теплообмен по Ньютону) для ГУ газопровода:

• ГУ газопровода → Теплообмен по Ньютону↓:

Температура = 20 [^оС].

Коэффициент теплообмена = 300 [\(\frac{Вт}{м^{2} \bullet К}\)].

32. Зададим граничное условие 3 рода (теплообмен по Ньютону) для ГУ нефтепровода:

• ГУ нефтепровода → Теплообмен по Ньютону↓:

Температура = 30 [^оС].

Коэффициент теплообмена = см. п. 33–36.

Рис. 8 – Создание граничного условия: 1 – Выбор типа граничного условия в выпадающем списке; 2 – Кнопка вызова калькулятора условий теплообмена

Расчет коэффициента теплообмена для трубопровода в зависимости от его конструктивных особенностей

33. Необходимо рассчитать коэффициент теплообмена для ГУ нефтепровода в зависимости от конструктивных особенностей трубопровода:

• База данных → Калькулятор условий теплообмена (Рис. 8, п. 2): появится окно Расчет условий теплообмена → Входные параметры → Коэффициент теплопередачи через цилиндрическую стенку↓ (Рис. 9, п. 1).

Рис. 9 – Расчет коэффициента теплообмена для граничного условия «ГУ Трубопровод №1»: 1 – Выбор типа расчета в выпадающем списке; 2 – Область отображения поперечного сечения трубы;
3 – Вид трубопровода в поперечном сечении; 4 – Полученный коэффициент теплопередачи

34. Зададим конструкцию трубопровода в поперечном сечении и теплопроводность каждого используемого материала. Во вкладке Геометрические параметры цилиндрической конструкции необходимо с помощью кнопки Добавить слой добавить вторую строку для задания свойств второго материала, после чего ввести значения толщины используемых материалов из Табл. 9 и их теплопроводность согласно Табл. 1 (Рис. 10).

При раскрытии области Поперечное сечение цилиндрической конструкции отображается вид трубы с теплоизоляцией в поперечном сечении (Рис. 9, п. 3).

Рис. 10 – Введение значений, описывающих структуры трубы:
1 – Кнопка Добавить слой

35. Скопируем рассчитанное значение в поле Коэффициент теплопередачи окна Расчет условий теплообмена и вставим его в поле Коэффициент теплообмена граничного условия ГУ нефтепровода:

• Калькулятор условий теплообмена → Результат → Коэффициент теплопередачи: скопировать рассчитанное значение любым доступным способом.

• База данных → Граничные условия → ГУ нефтепровода → Коэффициент теплообмена: вставить ранее скопированное значение любым доступным способом.

36. Далее следует закрыть окно Калькулятор условий теплообмена, нажав , или продолжить работу в нем.

Табл. 9 – Задание параметров нефтепровода для расчета коэффициента теплообмена

Наименование граничного условия	Внутренний диаметр трубы, мм	Толщина материала, мм	Теплопроводность материала, Вт/(м∙К)	Коэффициент теплообмена, Вт/(м2∙К)
ГУ нефтепровода	408	9	52	0,232
	426	100	0,028

Создание климатического граничного условия

37. Создадим климатического граничное условие:

• База данных → Климатические ГУ → Добавить (Рис. 6, п. 1): будет создано новое климатическое граничное условие с названием «Климатическое ГУ 1».

38. Переименуем новое Климатическое ГУ 1 на «Естественные условия»:

• Климатическое ГУ 1 → ПКМ: появится контекстное меню → Переименовать: ввести новое имя «Естественные условия» → Enter

39. Включим использование скорости ветра и снегового покрова:

• Климатическое ГУ 1 → Использовать скорость ветра →☑

• Климатическое ГУ 1 → Использовать снеговой покров →☑

40. Зададим климатические параметры (температуру, скорость ветра, высоту и теплопроводность снегового покрова) согласно Табл. 2: коэффициент теплообмена поверхности вычисляется автоматически (Рис. 11, п. 1)

41. Зададим тренд потепления (Рис. 11, п. 2):

• Климатическое ГУ 1 → Температурный тренд за год → Ступенчатый тренд↓

Тренд за год = 0.05 [∆°C]

Начальный год = 2025

Рис. 11 – Ввод данных для климатического граничного условия «Естественные условия»: 1 – Область табличного задания климатических данных; 2 – Область задания тренда температурного потепления

42. Сохраним введенные данные в окно База данных, нажав Применить.

Редактор 2D

Изменение линейных размеров моделируемой области

43. Вызовем окно настроек вкладки Редактор 2D:

• Меню переходов → Настройки : откроется окно Настройки редактора.

44. В появившемся окне необходимо установить следующие размеры расчетной области:

Начало по оси X = 0 [м].

Начало по оси Y = 0 [м].

Размер по X = 90 [м].

Размер по Y = 20 [м].

Рис. 12 – Задание пользовательских размеров расчетной области

45. Для сохранения результатов нажмем Применить.

Создание трехмерной геологической модели

46. Откроем редактор геологических скважин:

• Панель инструментов → Режим построения скважин и разрезов (ПКМ) → Открыть редактор геологических скважин : откроется окно «Редактор геологических скважин» (Рис. 13).

47. Добавим геологическую скважину:

• Редактор геологических скважин → Добавить скважину в конец : создан столбец с именем «Скв. 1»

48. Для Скв. 1 необходимо задать точное положение:

• В столбце Скв. 1 в области задания положения скважин (Рис. 13, п. 3):

X [м] = 20;

Y [м] = 10;

Отметка устья [м] = 0.

49. Зададим материал и мощность первому слою геологической скважины Скв. 1:

50. Добавим новый слой геологического строения:

• Редактор геологических скважин → Добавить слой в конец

51. Аналогично п. 49 зададим материал и мощность новому слою «ИГЭ‑2 (Песок)» геологической скважины Скв. 1.

52. Аналогично п. 49–51 добавим слои «ИГЭ‑3 (Песок)» и «ИГЭ‑2 (Песок)».

53. Аналогично п. 47–48 добавим геологические скважины с именами «Скв. 2» и «Скв. 3» и зададим их положения.

54. Зададим значения мощностей слоев для геологических скважин.

55. Зададим нижнюю границу расчетной области (Рис. 13, п. 5):

• Редактор геологических скважин → Автоматическое продление расчетной области → ☑;

Нижняя граница расчетной области = -30 [м].

Рис. 13 – Окно «Редактор геологических скважин»: 1 – Кнопка добавления геологического слоя; 2 – Кнопка добавления геологической скважины; 3 – Область задания положения скважин; 4 – Область задания мощностей слоев; 5 – Область задания нижней границы расчетной области.

56. Для сохранения результатов нажмем Применить.

Построение геометрии трубопроводов

57. Построим трубопровод:

• Панель инструментов → Режим построения трубопровода (ПКМ) → Построить элемент геометрии → на рабочей сцене ЛКМ установить в любом месте подряд две опорные точки → Esc: создан новый элемент «Ось трубопровода 1».

58. Переименуем созданный элемент Ось трубопровода 1 на «Продуктопровод»:

• Область списка → Ось трубопровода 1 → ПКМ: появится контекстное меню →
  Переименовать: ввести новое имя «Продуктопровод» → Enter.

59. Для выделенного элемента геометрии необходимо задать положение центра относительно оси Z, а также радиус поперечного сечения:

• Область свойств → Положение и принадлежность:

Абсолютная координата = –1,15 [м].

Радиус поперечного сечения = 0,1625 [м].

60. Далее необходимо изменить положение точек построенной оси трубопровода:

• Область свойств → Положение и принадлежность → Редактировать точки: появится окно Редактор точек.

61. В появившемся окне для вкладок [Продуктопровод] Точка зададим координаты опорных точек трубопровода (Рис. 14).

Рис. 14 – Значения положения соответственно первой и второй точки оси трубопровода для элемента «Продуктопровод»

62. Закроем окно Редактор точек, нажав .

63. По аналогии с п. 57–62 создадим оси трубопроводов с названиями «Нефтепровод в изоляции» и «Газопровод», «Теплоизолятор газопровода» и зададим положение точек для них в соответствии с Табл. 10.

Табл. 10 – Значения положения точек оси трубопровода для элементов Продуктопровод, Нефтепровод в изоляции, Газопровод и Теплоизолятор газопровода

Элемент	Поле	Положение и принадлежность
		Точка 1		Точка 2
Продуктопровод	Абсолютная координата, м	–1,15
	Радиус поперечного сечения, м	0,1625
	X, м	20		20
	Y, м	22		-2
Нефтепровод в изоляции	Абсолютная координата, м	-1,5
	Радиус поперечного сечения, м	0,313
	X, м	45		45
	Y, м	22		-2
Газопровод	Абсолютная координата, м	-1,8
	Радиус поперечного сечения, м	0,51
	X, м	70		70
	Y, м	22		-2
Теплоизолятор газопровода	Абсолютная координата, м	-1,8
	Радиус поперечного сечения, м	0,61
	X, м	70	70
	Y, м	20	0

Построение геометрии траншей и теплоизолятора траншеи газопровода

64. Построим траншею:

• Панель инструментов → Режим выдавливания по траектории (ПКМ) → Построить элемент геометрии → на рабочей сцене ЛКМ установить в любом месте подряд две опорные точки → Esc: создан новый элемент «Траектория выдавливания 1».

65. Переименуем созданный элемент Траектория выдавливания 1 на «Траншея продуктопровода»:

• Область списка → Траектория выдавливания 1 → ПКМ: появится контекстное меню →
  Переименовать: ввести новое имя «Траншея продуктопровода» → Enter.

66. Для выделенного элемента геометрии необходимо задать положение траектории выдавливания относительно оси Z:

• Область свойств → Положение и принадлежность:

Абсолютная координата = 0 [м].

67. Далее необходимо отредактировать контур:

• Область свойств → Положение и принадлежность → Контур → Редактировать: появится окно Редактор контура (Рис. 15).

  

Рис. 15 – Окно Редактор контура: 1 – Кнопка добавления точки в линию; 2 – Кнопка удаления точек; 3 – Выбранная на сцене точка контура; 4 – Поле выбора типа контура; 5 – Область редактирования координат выбранной на сцене точки контура; 6 – Сцена интерактивного редактирования контура

68. В окне Редактор контура зададим тип «Трапеция»:

• Редактор контура → Тип → Трапеция↓

69. Выделим левую верхнюю точку контура:

• Редактор контура → ЛКМ в области графика контура в левой верхней точке контура (Рис. 17, № 1).

Рис. 16 – Область редактирования контура в окне Редактор контура элемента «Продуктопровод»

70. Для контура выдавливания зададим свойства трапеции и координаты выделенной точки контура (Рис. 17):

Рис. 17 – Свойства трапеции контура выдавливания элемента «Продуктопровод»

71. Сохраним контур, нажав Применить.

72. По аналогии с п. 64–71 создадим траектории выдавливания с названиями «Траншея нефтепровода», «Траншея газопровода» и зададим параметры контура для них в соответствии с Табл. 11.

Табл. 11 – Значения параметров контура для элементов Траншея продуктопровода, Траншея нефтепровода и Траншея газопровода

Элемент	Тип	Свойства трапеции							Координаты точки
		Равнобедренная трапеция	Вид трапеции	Верхнее основание	Нижнее основание	Высота	Крутизна откоса	Угол наклона	X	Y
Траншея продуктопровода	Трапеция	Вкл.	Траншея	3,6	0,8	1,4	1:1	45	-1,8	0
Траншея нефтепровода				4,8	1	1,9			-2,4	0
Траншея газопровода				7,3	2,1	2,6			-3,65	0

73. По аналогии с п. 64–66 построим траекторию выдавливания «Теплоизоляция траншеи газопровода».

74. Откроем окно Редактор контура контур:

• Область свойств → Положение и принадлежность → Контур → Редактировать.

75. Добавим дополнительную точку на сцене:

• Редактор контура → Добавить точку в линию (ЛКМ) → на сцене (Рис. 15, №1) ЛКМ на верхней линии

76. Аналогично п. 75 на верхней линии добавим еще три точки.

77. Зададим координаты 8 точек (Рис. 18) в соответствии с

Табл. 12 – Координаты точек контура выдавливания для элемента «Теплоизоляция траншеи газопровода»

Координата	Точки
	1	2	3	4	5	6	7	8
X	-1,9	-1,83	-1,01	1,01	1,83	1,9	1,05	-1,05
Y	-1,75	-1,68	-2,5	-2,5	-1,68	-1,75	-2,6	-2,6

Рис. 18 – Точки контура выдавливания для элемента «Теплоизоляция траншеи газопровода» и координаты выделенной точки №1.

78. Сохраним контур, нажав Применить.

Построение маркеров сетки

79. Необходимо построить маркеры сетки. Сделать это можно как вручную (см. п. 80–82), так и путем копирования из файла и вставки на рабочую сцену вкладки Редактор 2D (см. п. 83–88). Список координат всех маркеров сетки приведен в файле markers.xlsx, который находится в следующей папке:

…Users\Public\Documents\Frost3D\Samples\07 Оценка взаимного теплового влияния трех трубопроводов\markers.xlsx

Воспользуемся ручным и автоматическим способами создания.

Ручное создание маркеров

80. Необходимо построить маркеры сгущения по оси Z для воспроизведения границ ИГЭ:

• Панель инструментов → Режим построения маркеров сетки (ПКМ) → Добавить маркер → ЛКМ расположить маркер на сцене: создан элемент с названием «Маркер 1».

81. Переименуем созданный маркер «Маркер 1» на «Маркер по оси OZ 1»:

• Область списка → Маркер 1 → F2: ввести новое имя «Маркер по оси OZ 1» → Enter.

82. Зададим более точное положение маркера:

• Маркер разбиения по X 1 → Область свойств → Положение и принадлежность (Рис. 19):

  X = 0 [м].

  Y = 0 [м].

  Тип маркера → Маркер сгущения\(\downarrow\).

  Тип позиционирования маркера → включаем опцию Ось Z.

Рис. 19 – Значения положения и принадлежности для маркера «Маркер по оси OZ 1»

Вставка нескольких маркеров, скопированных из таблицы

83. Скопируем уже созданные координаты:

• Открыть файл markers.xlsx (см. п. 79) → Маркеры → Выделить все значения под шапкой в формате (X, Y, Z) (Рис. 20) → Скопировать, например, нажав сочетание клавиш Ctrl+C.

Рис. 20 – Выделение численных значений маркеров для дальнейшего копирования

84. Вставим скопированные значения маркеров сетки в программу:

• Панель инструментов → Режим построения маркеров сетки (ПКМ) → Вставить маркеры из буфера обмена (Excel-формат) : на сцене появятся маркеры сетки.

85. Переименуем вставленные маркеры:

• Область списка → Выделить все вставленные объекты → ПКМ на выделенные объекты: появится контекстное меню → Переименовать выделенные: появится окно переименования файлов.

86. В появившемся окне в поле ввода имени (Рис. 21, п. 1) введем «Маркер разбиения по X», после чего в поле задания начального значения нумерации введем «2» для начала нумерации с двойки (Рис. 21, п. 2), т.к. «Маркер разбиения по X 1» был создан ранее в п. 80–82.

Рис. 21 – Пример переименования группы маркеров: 1 – Поле ввода общего имени для выделенных элементов; 2 – Поле задания начального значения нумерации элементов в списке

87. Нажмем Применить для присвоения новых имен.

88. Маркеры остались выделенными. По аналогии с п. 82 установим Тип маркера и Тип позиционирования маркера для них:

Тип маркера → Маркер сгущения\(\downarrow\).

Тип позиционирования маркера → включаем опцию Ось Z.

89. Маркеры остались выделенными. Сгруппируем маркеры:

• Область списка → ПКМ на выделенные объекты: появится контекстное меню → Сгруппировать (Ctrl+G): выделенные объекты сгруппируются в группу «Группа 1».

90. Переименуем группу в области списка:

• ЛКМ на Группа 1 → F2: ввести новое имя «Маркеры по оси OZ» → Enter.

Автоматическое создание маркеров сгущения для трубопроводов

91. Необходимо построить маркеры сгущения в области расположения трубопроводов:

• Панель инструментов → Режим построения маркеров сетки (ПКМ) → Маркеры сгущения для трубопроводов → ЛКМ.

92. В появившемся окне (Рис. 22) нажимаем кнопку Применить. Будут автоматически созданы маркеры сгущения в области трубопроводов (Рис. 25).

Рис. 22 – Окно автоматической расстановки маркеров

Автоматическое создание маркеров сгущения для траншей и теплоизоляции траншеи газопровода

93. Необходимо построить маркеры сгущения на траекториях выдавливания для траншей и теплоизоляции траншеи газопровода:

• Панель инструментов → Режим построения маркеров сетки (ПКМ) → Маркеры сгущения для выдавленных объектов → ЛКМ.

94. В появившемся окне (Рис. 23) нажимаем кнопку Применить. Будут автоматически созданы маркеры сгущения в области траншей (Рис. 25).

Рис. 23 – Окно автоматической расстановки маркеров на траектории выдавливания

95. Необходимо построить маркеры сгущения в области расположения траншей и теплоизоляции траншеи газопровода:

• Панель инструментов → Режим построения маркеров сетки (ПКМ) → Маркеры сгущения для выдавленных объектов → ЛКМ.

96. В появившемся окне (Рис. 22) выключаем Теплоизоляция траншеи газопровода и нажимаем кнопку Применить. Будут автоматически созданы маркеры сгущения в области траншей (Рис. 25).

Рис. 24 – Окно автоматической расстановки маркеров в области траектории выдавливания

97. Аналогично п. 85–87 переименуем маркеры для каждого трубопровода и траектории выдавливания.

98. Аналогично п. 89–90 сгруппируем маркеры в группы Маркеры продуктопровода, Маркеры нефтепровода, Маркеры газопровода, Маркеры теплоизоляции газопровода, Маркеры траншеи продуктопровода, Маркеры траншеи нефтепровода, Маркеры траншеи газопровода, Маркеры теплоизоляции траншеи газопровода соответственно.

99. Аналогично п. 88 установим тип позиционирования для них:

Тип позиционирования маркера → включаем опции Ось X и Ось Z.

Рис. 25 – Вид построенных маркеров на рабочей сцене

Назначение материалов

100. Перейдем в «Режим редактирования объектов»:

• Панель инструментов → Режим редактирования (ПКМ) → Объектов .

101. Выделим объект Продуктопровод на сцене ЛКМ или в области списка и зададим материал для него:

• Область свойств → Положение и принадлежность → Материал объекта → Продуктопровод\(\downarrow\).

102. По аналогии с п. 101 зададим для объектов Нефтепровод в изоляции, Газопровод, Теплоизолятор газопровода, Траншея продуктопровода, Траншея нефтепровода, Траншея газопровода, и Теплоизоляция траншеи газопровода материалы «Нефтепровод», «Газопровод», «Теплоизолятор», «Засыпка», «Засыпка», «Засыпка» и «Теплоизолятор» соответственно.

Восстановление трехмерной геометрии

103. Восстановим трехмерную геометрию на основе чертежа вкладки Редактор 2D:

• Меню переходов → Следующий этап: откроется окно Интерполятор геологической модели, в котором зададим следующие параметры (Рис. 26):

Количество интерполяционных точек по X = 100

Количество интерполяционных точек по Y = 2

Минимальное расстояние для прореживания точек на поверхности слоя = 0.1 [м]

• Интерполятор геологической модели → Применить: произойдет построение трехмерной геометрии с параметрами по умолчанию, после чего необходимо проверить ее во вкладке Редактор 3D.

  

Рис. 26 – Окно с настройками интерполятора геологической модели

Редактор 3D

Рис. 27 – Вид трехмерной модели во вкладке Редактор 3D после перестроения (слева) и после поворота модели с использованием сочетания клавиш Shift+СКМ (справа)

Настройка сцены

104. Активируем отображение линейки на рабочей сцене:

• Меню переходов → Настройки : появится окно Настройки → Редактор 3D → Общие настройки сцены → Показать линейку → : активировать.

105. Настроим прозрачность геологических слоев на 3D-сцене:

• Область списка → выделить все элементы списка, которые относятся к геологическим слоям (Рис. 28, п. 1).

• Область свойств → Свойства → Прозрачность: установить прозрачность на 50% (перетянуть ползунок на середину линии) (Рис. 28 , п. 2).

Рис. 28 – Установка прозрачности инженерно-геологических элементов: 1 – Выделенные инженерно-геологические элементы; 2 – Инструмент установки прозрачности объекта

Назначение граничных условий

106. Для назначения граничных условий граням объектов необходимо перейти в соответствующий режим редактирования:

• Панель инструментов → Режим редактирования (ПКМ) → Граней объектов .

107. Зададим граничное условие на верхней грани модели:

• Зажав Ctrl выделить ЛКМ на сцене все верхние грани модели.

• Область свойств → Свойства → Граничное условие → Естественные условия\(\downarrow\).

108. По аналогии с п. 107 установим граничные условия для оставшихся граней в соответствии с Рис. 29. Граничное условие q = 0 устанавливается на все боковые грани и на нижнюю грань. На грани Продуктопровода, Нефтепровода с изоляцией и Газопровода устанавливается соответствующее ГУ.

Рис. 29 – Схема ГУ на трехмерной модели

Чтобы задать граничное условие на грань трубопровода, можно отключить видимость препятствующих этому граней (выделить мешающие грани на сцене или в области списка и нажать на Space или убрать галочку напротив имени требуемой грани). Также можно выделить соответствующие трубопроводу грани в области списка и применить к ним соответствующее ГУ.

Задание приоритетов между объектами

109. Перейдем в окно для задания приоритетов между объектами для переноса их на расчетную сетку:

• Сцена → ПКМ: появится контекстное меню → Редактор приоритетов: откроется окно Приоритеты, Панель инструментов → Редактор приоритетов , или в области переходов нажать следующий этап.

110. Зададим приоритет объектов типа Трубопровод, Теплоизолятор и Траншея выше всех остальных объектов:

• В списке объектов нажмите ЛКМ на Продуктопровод → С помощью кнопок и правой боковой панели или с помощью зажатой ЛКМ на кнопке и перетаскивая элемент, выставьте любой более высокий, чем у грунтов и траншей, приоритет (Рис. 30). То же самое проделайте с другими трубопроводами, траншеями и теплоизоляторами.

Рис. 30 – Вид окна редактора приоритетов: 1 – Выделенный элемент списка, для которого осуществляется изменение уровня приоритета; 2 – Кнопка интерактивного изменения приоритета; 3 – Кнопки повышения/понижения приоритета; 4 – Кнопки перемещения приоритета в начало/конец списка

111. После задания приоритетов согласно Рис. 30 закроем окно Приоритеты, нажав Применить.

Построение расчетной сетки

112. Далее следует перейти в окно подготовки параметров для построения расчетной сетки:

• Меню переходов → Следующий этап : установить приоритеты и нажать Применить, после этого откроется окно Настройки сеточного генератора.

113. Зададим следующие настройки расчетной сетки: в появившемся окне в текущей вкладке выберем адаптивную сетку и установим для нее значения из Табл. 13:

• Настройки сеточного генератора → Тип сетки → Адаптивная сетка\(\downarrow\): задать параметры согласно Табл. 13.

Табл. 13 – Значения для адаптивной расчетной сетки

Наименование параметра	Значение
	Мин., м	Макс., м
Шаг по оси OX	0,02	1
Шаг по оси OY	20	20
Шаг по оси OZ	0,02	1
Не задавать материал полупустым ячейкам	да
Логика однотипности материалов	да
Отсечение сетки по РО	Включить

114. В области Настройки переноса маркеров активируем для всех типов объектов настройки переноса.

116. После нажатия на кнопку Продолжить начнется построение расчетной сетки: ход построения будет отображаться в меню переходов.

Расчетная сетка

Анализ полученной расчетной сетки

После окончания построения расчетной сетки необходимо проверить корректность дискретизации трехмерных объектов и переноса всех материалов и граничных условий на расчетную область (Рис. 31). Данную проверку необходимо производить в соответствующих режимах редактирования вкладки Расчетная сетка. В процессе построения сетки могут возникнуть конфликтные ГУ (проверить это можно в режиме редактирования граней объектов), в таких случаях необходимо назначить ГУ, соответствующие граням, к которым относятся ячейки.

Рис. 31 – Вид трехмерной модели во вкладке Расчетная сетка после построения (слева) и после поворота модели с использованием сочетания клавиш Shift+СКМ (справа)

Запуск расчета

117. Запустим проект на расчет:

• Меню переходов → Следующий этап : откроется окно Запуск решателя.

118. В появившемся окне все значения оставьте по умолчанию, кроме следующих параметров
     (Рис. 32):

• Запуск решателя → Настройка сохранения результатов:

Тип дискретизации =\(\ Пользовательские\ моменты\ времени \downarrow\).

Начальный момент времени = 01.01.2025.

Сохранение результатов= 1 октября 2025, 2026, 2027, 2029, 2034, 2044 и 2054 годов.

Конечный момент времени = 01.10.2054.

Рис. 32 – Вид области «Настройки сохранения результатов» окна запуска решателя

119. Для запуска расчета необходимо нажать Применить. Ход расчета будет отображаться в меню переходов.

В случае возникновения окна с сообщениями: «На один из объектов меша не задан материал» или «На одной из граней не задано ГУ» – вернитесь во вкладку Расчетная сетка и проверьте заданы ли материалы на объекты в режиме редактирования объектов (Панель инструментов → Режим редактирования (ПКМ) → Объектов ), а также граничные условия на грани в режиме редактирования граней объектов (Панель инструментов → Режим редактирования (ПКМ) → Граней объектов ). Также для проверки задания граничных условий можно воспользоваться режимом редактирования граничных условий (Панель инструментов → Режим редактирования (ПКМ) → Граничных условий ): при нажатии на элемент списка Нет ГУ на сцене отобразится набор граней, на которые не заданы граничные условия.

120. При окончании расчета появится соответствующая надпись в меню переходов.

Постпроцессор. Анализ результатов расчета

Рис. 33 – Вид трехмерной модели во вкладке Постпроцессор после расчета

Загрузка результатов расчета

121. Загрузим требуемые результаты расчета (если не загрузились автоматически):

• Панель переключения итераций (Рис. 34, п. 1) → Расчеты: откроется окно доступных расчетов → Перезагрузить расчет → ЛКМ выбрать из списка появившийся расчет → Применить.

Просмотр результатов расчета на трехмерной сцене

122. Выберем необходимый тип распределения – температуру (см. Рис. 35):

• Панель инструментов → Тип распределения → Температура .

123. С помощью панели переключения итераций (Рис. 34 , п. 2) можно посмотреть расчет на определенную доступную дату путем изменения положения белого ползунка на временной шкале

(Рис. 34, п. 3).

Рис. 34 – Вид ползунка на панели переключения итераций вкладки Постпроцессор: 1 – Кнопка Расчеты;
2 – Дата выбранной итерации; 3 – Положение ползунка на временной шкале

124. Изменим настройки шкалы:

• Меню переходов → Настройки : появится окно Настройки → Постпроцессор → Настройки шкалы → Использовать адаптивную шкалу → : (убрать флаг).

  Число шагов шкалы = 20.

  Цветовая схема = \(Температурная \downarrow\)

  Минимальное значение = –3.

  Нейтральное значение = 0.

  Максимальное значение = 7.

  Дискретная палитра = (отметить флаг).

  Сгущение цветовой шкалы = 3.

125. По аналогии с п. 121 выберем тип распределения Доля незамерзшей воды  и просмотрим результаты (Рис. 35).

Рис. 35 – Цветовое распределение температуры (слева) и доли незамерзшей воды (справа)
(для наглядности добавлены объекты декораций в виде труб)

126. Для просмотра трехмерной модели в сечении необходимо выполнить следующие действия:

• Область свойств → Управление сечениями → YZ min (слева) → изменить в поле ввода значение с 0 на 385 либо путем ввода c клавиатуры, либо путем нажатия на кнопку (Рис. 36, п. 1) до получения необходимого значения.

Рис. 36 – Вид трехмерной модели до (сверху) и после (снизу) применения сечения: 1 – Кнопка Увеличить на 1 по соответствующей координате; 2 – Кнопка Показать 2D

127. Добавим получившееся распределение в сечении в отчет:

• Панель инструментов → Добавить в отчет → Применить.

Просмотр результатов расчета в двумерном сечении

128. Посмотрим результаты расчетов в двумерном сечении:

• Область свойств → Управление видом сцены → Вид на XZ в положительном направлении .

129. Вызовем окно просмотра 2D-сечения:

• Область свойств → Управление сечениями → Показать 2D (Рис. 36, п. 2) напротив поля XZ Min (спереди): откроется окно Сечение плоскостью XZ Min.

130. Воспользуемся автоматической расстановкой изолиний:

• Панель инструментов → Использовать авторасстановку : будут отображены изолинии с шагом по температуре в 1 градус (Рис. 37, п. 1).

• Область свойств → Автоматические изолинии: здесь можно изменить параметры отображения автоматических изолиний (Рис. 37, п. 2).

Рис. 37 – Вид сечения в плоскости XZ: 1 – Показ текущей изолинии при наведении курсора мыши в область сечения; 2 – Вид вкладки «Автоматические изолинии»

131. Можно посмотреть значение температуры в месте курсора мыши на сечении:

• Панель инструментов → Показывать текущую изолинию : при наведении курсора в область сечения будет отображаться изолиния и ее численное значение.

132. Включить цветовое распределение отображаемых результатов или материалов можно следующим образом:

• Панель инструментов → Цветовая заливка (распределение) : отобразится цветовое поле результатов в зависимости от выбранного типа распределения.

• Панель инструментов → Цветовая заливка (материалы) : будет показано геологическое строение грунтов в текущем сечении.

• Область свойств → Настройки изображения: в данных свойствах доступны настройки прозрачности цветовых заливок и пр.

133. Добавим текущее изображение в отчет:

• Панель инструментов → Режим добавления в отчет → Добавить в отчет : изображение в текущем сечении будет добавлено в отчет.

134. Для завершения просмотра результатов в сечении закройте окно .

     Построение графиков

135. Для создания и просмотра графиков перейдем в соответствующий режим редактирования:

• Постпроцессор → Панель инструментов → Режим редактирования (ПКМ) → Графиков .

136. Создадим новый график:

• Область списка → Добавить график: откроется окно Конструктор графиков.

137. Создадим график, который будет выводить температуру по глубине для выбранной итерации (Рис. 38):

• Конструктор графиков → Тип графика → Скважина (динамическое изменение времени)\(\downarrow\):

  X1 = 70 [м].

  Y1 = 0 [м].

Рис. 38 – Установка параметров для создания графика скважины

• Для окончательного создания графика необходимо нажать Применить: в области списка будет создан новый график с названием «Скважина (динамическое изменение времени)
  (70.00; 0.00)».

138. Просмотрим созданный график:

• Область списка → Двойной клик ЛКМ по Скважина (динамическое изменение времени)
  (65.00; 0.00): откроется окно с такими же названием, где будет изображен график (Рис. 39).

• При переключении между итерациями также будет перестраиваться график.

Для фиксирования графика нажмите кнопку Зафиксировать текущий график (Рис. 32, п.1) или Фиксировать все графики (Рис. 39, п. 3). Для очистки окна нажмите кнопку Очистить фиксированные (Рис. 39, п. 2). Для изменения положения легенды на графике нажмите кнопку Настройки (Рис. 39, п.4) и в появившемся окне Настройки задайте положение легенды.

Рис. 39 – Вид окна работы со скважиной: 1 – Кнопка фиксирования просматриваемого графика; 2 – Кнопка очистки фиксированных графиков; 3 – Кнопка фиксирования всех просматриваемых графиков; 4 – Кнопка вызова настроек графика

139. Зафиксируем отображаемый график:

• Панель инструментов → Зафиксировать текущий график : при переключении итерации предыдущий график будет зафиксирован и станет отображаться вместе с новым (Рис. 39 , п.1).

• Чтобы убрать зафиксированные графики, нажмите Очистить фиксированные (Рис. 39, п. 2).

140. Добавим получившийся график в отчет:

• Панель инструментов → Режим добавления зафиксированных графиков в отчет → Добавить в отчет → Применить.

141. Для завершения просмотра графиков закроем окно .