EP1167865A1 - Method of automatic mesh generation of conduits to implement flow model coding - Google Patents

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EP1167865A1
EP1167865A1 EP01401422A EP01401422A EP1167865A1 EP 1167865 A1 EP1167865 A1 EP 1167865A1 EP 01401422 A EP01401422 A EP 01401422A EP 01401422 A EP01401422 A EP 01401422A EP 1167865 A1 EP1167865 A1 EP 1167865A1
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EP
European Patent Office
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pipe
mesh
topography
meshes
sections
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01401422A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Emmanuel Duret
Isabelle Faille
Eric Heintze
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00Pipe-line systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F17D3/03Arrangements for supervising or controlling working operations for controlling, signalling, or supervising the conveyance of several different products following one another in the same conduit, e.g. for switching from one receiving tank to another
    • F17D3/05Arrangements for supervising or controlling working operations for controlling, signalling, or supervising the conveyance of several different products following one another in the same conduit, e.g. for switching from one receiving tank to another the different products not being separated

Definitions

  • the present invention relates to an automatic mesh method of conduits allowing the implementation of fluid modeling codes routed through these lines.
  • the method according to the invention finds applications in numerous areas. It can especially be used in the field of production of hydrocarbons for the implementation of flow simulation codes multiphase in oil lines from production sites to destination sites.
  • the mesh obtained by the method can be used in particular for the implementation of the TACITE modeling code (registered trademark) intended for simulate permanent or transient flows of hydrocarbons in pipes.
  • TACITE modeling code registered trademark
  • Different algorithms to conduct the simulation of flows according to the TACITE code have been the subject of US Patents 5,550,761, FR 2,756,044 and FR 2,756,045 (US 5,960,187).
  • the flow modes of multiphase fluids in tubes are extremely varied and complex.
  • Two-phase flows for example, can be laminated, the liquid phase flowing in the lower part of the pipe, or intermittent with a succession of liquid and gaseous plugs, or still well dispersed, the liquid being entrained in the form of fine droplets.
  • the flow mode varies in particular with the inclination of the pipes in relation to the horizontal and it depends on the flow rate of the gas phase, the temperature etc.
  • the slip between the phases which varies according to whether one considers the sections of ascending or descending pipe, causes pressure variations without there always have compensation.
  • the characteristics of the flow network must be determined with care.
  • the TACITE simulation code takes into account a number of parameters directly affecting the physics of the problem to be treated. Among these, we find the properties of fluids and flow modes, the variations topographic (variations in length, inclination, diameter etc.), roughness pipes, its thermal properties (number of layers of insulation and their nature) or the arrangement of equipment along the pipe (pumps, injectors, separators, etc.) that cause changes in physical flow.
  • the mesh of a physical domain is an essential step during a Numerical simulation. On its quality depend the validity of the results and the times Calculation. It is therefore fundamental to provide the code with a correct mesh before start a simulation. We generally judge the quality of a mesh at its ability to properly describe physical phenomena without the simulation taking too much time, so there is always an optimal mesh for each problem studied. An unsuitable mesh can lead, in the execution of the numerical diagram which governs the simulation, with errors that are difficult to detect, at least at the first first, even make the calculation impossible and stop the execution of the code, if it is too aberrant. Code users do not necessarily have experience sufficient in numerical analysis for the realization of a correct mesh, susceptible to really account for the physical phenomena that we want to study.
  • the topography of a cylindrical pipe can be compared to a succession of line segments connecting successive points.
  • two successive points of the pipe on its vertical portions can have the same abscissa (curve A in Fig. 1). he it is therefore much better to represent the elevation of each point as a function of its curvilinear abscissa along the pipe.
  • successive points of driving different elevations necessarily have two abscissas separate curves and the slope of the pipe sections is at most equal to 45 ° by horizontal relationship (case of ascending or descending sections absolutely vertical curve B in Fig. 1).
  • An abscissa always corresponds to an ordinate and only one.
  • Fig. 2a shows for example a portion of W-shaped pipe with a length 2 km including four 500 m sections. If we discredit such conduct by stitches with a constant 40 m pitch from start to finish, leaving the stitches aside of the route at 500 m and 1500 m. The simulation will not render correctly account for the accumulation of liquid at these low points in the topography. More importantly, the calculation is distorted by the fact that the angles of the W by horizontal straight line segments (Fig. 2b). Physical phenomena do will not be those sought.
  • the method according to the invention makes it possible to automatically mesh a 1D pipe with any topography or profile over its entire length in order to facilitate the implementation of flow modeling codes.
  • the mesh obtained by the method presents a distribution of meshes of dimensions variables, appropriate to take best account of the physics of flows.
  • the method is characterized in that, having defined a minimum size of mesh and a maximum mesh size, the pipe is subdivided into sections delimited by elbows, we place a mesh of minimum size on the one hand and on the other of each elbow, we position large meshes of size at most equal to the maximum size in the central portion of each section, and we distribute increasing or decreasing mesh sizes on the intermediate portions of each section between each mesh of minimum size and the central portion.
  • the distribution of increasing or decreasing mesh sizes over the portions of each intermediate section between each mesh of minimum size and the central portion is obtained for example by determining the points of intersection with each section of pipe, a bundle of straight lines competing at a point and forming a constant angle between them.
  • the method according to the invention preferably includes a simplification prior to the pipe topography so that the total number of meshes of the pipe mesh allow realistic modeling of the physics of phenomena in a fixed time.
  • the method comprises a representation of the pipe in the form of a graph connecting the curvilinear abscissa and the level variation, and a simplification of the number of sections a) by affecting at each point between two successive sections a weight taking into account the length of the sections and their respective slopes, b) by selecting from the points arranged in ascending or descending weight order, those with the most weight high, the simplified topography being that of the graph passing through the points selected.
  • the selection of the most weighted pipe points is obtained for example by locating in the arrangement of points a discontinuity of weight greater than a certain fixed threshold.
  • the method includes a representation of the pipe in the form of a graph connecting the curvilinear abscissa and the level variation, and a simplification of the number of sections by a) the formation of the frequency spectrum of the curve representative of the topography of the driving, b) the attenuation of the highest frequencies of the spectrum translating the most small variations in topography and c) reconstruction of a simplified topography corresponding to the rectified frequency spectrum.
  • the selection is made for example by a) a sampling of the curve representative of the topography of the pipe with a chosen sampling pitch so that the smallest section of the pipe contains at least two steps b) a determination of the frequency spectrum of the curve sampled by application, c) spectrum correction by low-pass filtering whose cutoff frequency is chosen according to a number of meshes maximum fixed to subdivide the pipe, and, d) a determination of the topography corresponding to the rectified frequency spectrum.
  • the two previous automatic simplification modes can be applied independently of one another or else successively, the second mode being applied preferably when the first mode does not allow for simplification notable of the topography.
  • the method according to the invention allows, by purely mathematical criteria, automatic identification of the configuration of a pipe, based on a spectral analysis of the curve representative of profile variations.
  • a spectral analysis of the curve representative of profile variations we are looking for one that makes it possible to distinguish the portions of the profile to simplify and important profile portions.
  • Weight The 1 .
  • the spectrum (Curvilinear abscissa - Weight) presents in the majority of cases, a succession of peaks of all sizes. These spectra such as that of Fig. 4 cannot generally be analyzed directly. Under these conditions, the technique used here consists in classifying the weights (P) in ascending or descending order and in assigning to them each the corresponding classification index (CI) by weight from 1 to N.
  • CI classification index
  • log Weight-Index which brings out the orders of magnitude better because a jump of n on such a spectrum means a ratio of 10 n on the weights. All the weights having the same order of magnitude are classified on more or less horizontal bearings. Two weights of different orders of magnitude will be separated by a vertical line segment. This leads to a cascading spectrum, making it possible to easily read the different orders of magnitude present in the topography.
  • the logarithmic spectrum Log P contains two very distinct steps separated by a vertical segment.
  • topography in Fig. 6 there are three parts distinct. It begins with a 3 km riser, followed by a horizontal part sawtooth over 20 km which ends with another 200m riser also in Sawtooth. Its spectrum is that of Fig. 5.
  • the first triplet which obeys the criterion threshold is formed by points 4, 5 and 6.
  • the simplification threshold is point index 6.
  • a jump greater than 2 in the logarithmic scale separates the landings horizontal on either side of points 5 and 6. This ensures that the points to left of index 5 have weights at least 100 times greater than those found to the right of index 6.
  • the first simplification mode which has just been described is easy to implement. work and based on relatively simple algorithms executable quickly. he is suitable for topographies with several orders of magnitude, such as previous topography which could have been considerably simplified because it contained points having negligible weights compared to others.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the simplest method of filtering is, for example, to apply a threshold, all Fourier coefficients (FC) whose amplitude A (FC) is less than this threshold being eliminated (coefficients less than 40 for example on the example of the Fig.9. Only the information contained in frequencies below this threshold is retained. We reconstitute by reverse transform the simplified typography corresponding.
  • the principle of the mesh will consist in independently meshing the sections of conduct between two imposed edges.
  • the mesh is refined at the points of the topography likely to see build up of liquid or gas. This is why, we are going to arrange to place a short stitch before and after each elbow and larger between the elbows. On the other hand, it is not useful to finely mesh the intermediate parts of the sections between the elbows.
  • the size of the meshes after the one following a bend gradually increases over a third of the length of the section, remains constant over the next third to finally decrease gradually over the last third before the final short stitch as shown in Fig. 10.
  • Parameter P makes it possible to reduce the difference between the minimum lengths and maximum so as to gradually make the mesh homogeneous for large numbers of meshes.
  • This parameter is defined for example as follows. For a number of meshes requested less than or equal to 60 for example, we set it for example to 60. This is the default mesh. The parameter is worth 40. The smallest mesh will be worth L / 100 and the larger L / 20. The total number of meshes will be between 20 and 100.
  • a number of meshes greater than or equal to 150 means that the modeling to be treated is certainly more delicate.
  • the goal is then to build a homogeneous mesh. For this, the minimum and maximum sizes must be close to each other. We will therefore set the parameter at 10.
  • the total number of meshes will then be between L / N +10 and L / N -10.
  • This parameter being determined, it is possible to isolate the edges imposed by short cells and to discretize the midpoints of the sections by cells long.
  • N E ( ⁇ / ⁇ ).
  • the principle used to carry out the insertion of the edges of meshes is at the same time simple and flexible. It allows, through a single parameter, to create a mesh either uniform or heterogeneous, refined in important places.

Abstract

Mapping conduits to enable flow modelling comprises the use of a series of networks having maximum and minimum sizes. A conduit is analyzed into sections separated by bends. Networks of maximum size are assigned to the central parts of the sections and networks of minimum size to the bends. Networks of increasing or decreasing size are assigned to the remainder of the conduit. Preferred Features: The topography of the conduit may be represented by a simplified graph of level against distance.

Description

La présente invention concerne une méthode de maillage automatique de conduites permettant l'implémentation de codes de modélisation de fluides acheminés par ces conduites.The present invention relates to an automatic mesh method of conduits allowing the implementation of fluid modeling codes routed through these lines.

La méthode selon l'invention trouve des applications dans de nombreux domaines. On peut notamment l'utiliser dans le domaine de la production d'hydrocarbures pour l'implémentation de codes de simulation d'écoulements polyphasiques dans des conduites pétrolières depuis des sites de production jusqu'à des sites de destination.The method according to the invention finds applications in numerous areas. It can especially be used in the field of production of hydrocarbons for the implementation of flow simulation codes multiphase in oil lines from production sites to destination sites.

Le maillage obtenu par la méthode peut être utilisé notamment pour l'implémentation du code de modélisation TACITE (marque déposée) destiné à simuler des écoulements permanents ou transitoires d'hydrocarbures dans des conduites. Différents algorithmes permettant de conduire la simulation des écoulements suivant le code TACITE ont fait l'objet des brevets US 5 550 761, FR 2 756 044 et FR 2 756 045 (US 5 960 187).The mesh obtained by the method can be used in particular for the implementation of the TACITE modeling code (registered trademark) intended for simulate permanent or transient flows of hydrocarbons in pipes. Different algorithms to conduct the simulation of flows according to the TACITE code have been the subject of US Patents 5,550,761, FR 2,756,044 and FR 2,756,045 (US 5,960,187).

Les modes d'écoulement de fluides polyphasiques dans des tubes sont extrêmement variés et complexes. Les écoulements diphasiques, par exemple, peuvent être stratifiés, la phase liquide s'écoulant dans la partie inférieure de la conduite, ou intermittents avec une succession de bouchons liquides et gazeux, ou bien encore dispersés, le liquide étant entraíné sous forme de fines gouttelettes. Le mode d'écoulement varie notamment avec l'inclinaison des conduites par rapport à l'horizontale et il dépend du débit de la phase gazeuse, de la température etc. Le glissement entre les phases qui varie selon que l'on considère les tronçons de conduite ascendants ou descendants, entraíne des variations de pression sans qu'il y ait toujours compensation. Les caractéristiques du réseau d'écoulement (dimensionnement, pression, débit de gaz, etc.) doivent être déterminées avec soin. The flow modes of multiphase fluids in tubes are extremely varied and complex. Two-phase flows, for example, can be laminated, the liquid phase flowing in the lower part of the pipe, or intermittent with a succession of liquid and gaseous plugs, or still well dispersed, the liquid being entrained in the form of fine droplets. The flow mode varies in particular with the inclination of the pipes in relation to the horizontal and it depends on the flow rate of the gas phase, the temperature etc. The slip between the phases which varies according to whether one considers the sections of ascending or descending pipe, causes pressure variations without there always have compensation. The characteristics of the flow network (dimensioning, pressure, gas flow, etc.) must be determined with care.

Le code de simulation TACITE prend en compte un certain nombre de paramètres influant directement sur la physique du problème à traiter. Parmi ceux-ci, on trouve les propriétés des fluides et des modes d'écoulement, les variations topographiques (variations de longueurs, d'inclinaison, de diamètre etc.), la rugosité éventuelle des conduites, ses propriétés thermiques (nombre de couches d'isolant et leur nature) ou encore la disposition d'équipements le long de la conduite (pompes, injecteurs, séparateurs, etc.) qui entraínent des changements de flux physique.The TACITE simulation code takes into account a number of parameters directly affecting the physics of the problem to be treated. Among these, we find the properties of fluids and flow modes, the variations topographic (variations in length, inclination, diameter etc.), roughness pipes, its thermal properties (number of layers of insulation and their nature) or the arrangement of equipment along the pipe (pumps, injectors, separators, etc.) that cause changes in physical flow.

Etat de la techniqueState of the art

Le maillage d'un domaine physique est une étape primordiale lors d'une simulation numérique. De sa qualité dépendent la validité des résultats et les temps de calcul. Il est donc fondamental de fournir au code un maillage correct avant de commencer une simulation. On juge généralement la qualité d'un maillage à sa capacité à bien décrire les phénomènes physiques sans que la simulation ne prenne trop de temps, si bien qu'il existe toujours un maillage optimal pour chaque problème étudié. Un maillage inadapté peut conduire, dans l'exécution du schéma numérique qui régit la simulation, à des erreurs difficilement détectables, du moins au premier abord, voire même rendre le calcul impossible et stopper l'exécution du code, s'il est par trop aberrant. Les utilisateurs des codes n'ont pas forcément une expérience suffisante en analyse numérique pour la réalisation d'un maillage correct, susceptible de rendre réellement compte des phénomènes physiques que l'on veut étudier.The mesh of a physical domain is an essential step during a Numerical simulation. On its quality depend the validity of the results and the times Calculation. It is therefore fundamental to provide the code with a correct mesh before start a simulation. We generally judge the quality of a mesh at its ability to properly describe physical phenomena without the simulation taking too much time, so there is always an optimal mesh for each problem studied. An unsuitable mesh can lead, in the execution of the numerical diagram which governs the simulation, with errors that are difficult to detect, at least at the first first, even make the calculation impossible and stop the execution of the code, if it is too aberrant. Code users do not necessarily have experience sufficient in numerical analysis for the realization of a correct mesh, susceptible to really account for the physical phenomena that we want to study.

La topographie d'une conduite cylindrique peut être assimilée à une succession de segments de droites reliant des points successifs. En coordonnées cartésiennes, deux points successifs de la conduite sur ses portions verticales (montantes ou descendantes) peuvent avoir même abscisse (courbe A sur la Fig.1). Il est bien préférable de ce fait de représenter l'élévation de chaque point en fonction de son abscisse curviligne le long de la conduite. Avec ce mode de représentation, des points successifs de la conduite d'élévations différentes ont forcément deux abscisses curvilignes distinctes et la pente des tronçons de conduite est au plus égale à 45° par rapport a l'horizontale (cas des tronçons montants ou descendants absolument verticaux courbe B de la Fig.1). A une abscisse correspond toujours une ordonnée et une seule.The topography of a cylindrical pipe can be compared to a succession of line segments connecting successive points. In coordinates Cartesian, two successive points of the pipe on its vertical portions (ascending or descending) can have the same abscissa (curve A in Fig. 1). he it is therefore much better to represent the elevation of each point as a function of its curvilinear abscissa along the pipe. With this mode of representation, successive points of driving different elevations necessarily have two abscissas separate curves and the slope of the pipe sections is at most equal to 45 ° by horizontal relationship (case of ascending or descending sections absolutely vertical curve B in Fig. 1). An abscissa always corresponds to an ordinate and only one.

Avec un peu de sens physique, certaines erreurs de maillage peuvent être évitées. Aux endroits de la conduite susceptibles de connaítre de grandes variations des paramètres physiques si on est en mesure de les prévoir, on peut imposer un maillage plus fin qu'ailleurs. Ainsi, on effectue moins de calculs à chaque pas de temps, tout en conservant la finesse souhaitée aux endroits importants. Mais, dans l'optique d'obtenir une solution continue, le passage d'une maille fine a une maille plus grossière doit, lui aussi, être continu.With a little physical sense, some mesh errors can be avoided. In places of the pipe likely to experience large variations physical parameters if we are able to predict them, we can impose a finer mesh than elsewhere. Thus, one carries out less computations with each step of time, while maintaining the desired finesse in important places. But in the optics of obtaining a continuous solution, the transition from a fine mesh to a mesh the coarser must also be continuous.

La Fig.2a montre par exemple une portion de conduite en W d'une longueur de 2 km comprenant quatre tronçons de 500 m. Si on discrétise une telle conduite par des mailles à pas de 40 m constant du début à la fin, on laisse de côté les points importants du tracé à 500 m et 1500 m. La simulation ne permettra pas de rendre compte correctement de l'accumulation de liquide à ces point bas de la topographie. Plus important encore, le calcul est faussé par le fait qu'on ait remplacé les angles du W par des segments de droites horizontaux (Fig. 2b). Les phénomènes physiques ne seront pas ceux recherchés.Fig. 2a shows for example a portion of W-shaped pipe with a length 2 km including four 500 m sections. If we discredit such conduct by stitches with a constant 40 m pitch from start to finish, leaving the stitches aside of the route at 500 m and 1500 m. The simulation will not render correctly account for the accumulation of liquid at these low points in the topography. More importantly, the calculation is distorted by the fact that the angles of the W by horizontal straight line segments (Fig. 2b). Physical phenomena do will not be those sought.

La méthode selon l'invention permet d'obtenir automatiquement un maillage ou discrétisation d'une conduite tenant compte au mieux de la topographie et des paramètres physiques affectant la physique des écoulements, soumis aux contraintes suivantes :

  • 1 - Assurer la convergence du calcul ;
  • 2 - Représenter au mieux les accumulations importantes de liquide dans les points bas de la conduite ;
  • 3 - Placer les équipements sur un bord de maille ;
  • 4 - Imposer à deux mailles consécutives d'avoir le même ordre de longueur ;
  • 5 - Respecter la longueur totale de la conduite ;
  • 6 - Limiter le nombre de mailles au minimum possible en respectant les contraintes précédentes, pour ne pas trop pénaliser la simulation avec le temps de calcul.
The method according to the invention makes it possible to automatically obtain a mesh or discretization of a pipe taking best account of the topography and the physical parameters affecting the physics of the flows, subject to the following constraints:
  • 1 - Ensure the convergence of the calculation;
  • 2 - Represent as much as possible the large accumulations of liquid in the low points of the pipe;
  • 3 - Place the equipment on a mesh edge;
  • 4 - Impose on two consecutive stitches to have the same order of length;
  • 5 - Respect the total length of the pipe;
  • 6 - Limit the number of meshes to the minimum possible while respecting the previous constraints, so as not to penalize the simulation too much over time.

Le respect des six contraintes précédentes n'est pas une tâche aisée, mais il est le passage obligé pour éviter de mailler la conduite étudiée de façon homogène, sans se soucier de la physique du problème, comme le font la plupart des mailleurs automatiques.Compliance with the previous six constraints is not an easy task, but it is the required passage to avoid meshing the conduct studied in a homogeneous way, without worry about the physics of the problem, as most meshers do automatic.

Pour limiter le nombre de mailles, il faut chercher, si cela est possible, à simplifier la topographie pour ne retenir que les seules zones de la conduite où se trouvent les variations significatives du profil susceptibles d'intervenir de façon significative sur les phénomènes physiques.To limit the number of meshes, it is necessary to seek, if possible, to simplify the topography to retain only the only areas of the pipe where find significant variations in the profile likely to occur significant on physical phenomena.

La méthode selon l'inventionThe method according to the invention

La méthode selon l'invention permet de mailler automatiquement une conduite 1D présentant sur toute sa longueur une topographie ou profil quelconque dans le but de faciliter l'implémentation de codes de modélisation de flux. Le maillage obtenu par la méthode présente une répartition de mailles de dimensions variables, appropriée pour tenir compte au mieux de la physique des écoulements.The method according to the invention makes it possible to automatically mesh a 1D pipe with any topography or profile over its entire length in order to facilitate the implementation of flow modeling codes. The mesh obtained by the method presents a distribution of meshes of dimensions variables, appropriate to take best account of the physics of flows.

La méthode est caractérisée en ce que, ayant défini une taille minimale de maille et une taille maximale de maille, on subdivise la conduite en tronçons délimités par des coudes, on positionne une maille de taille minimale de part et d'autre de chaque coude, on positionne des grandes mailles de taille au plus égale à la taille maximale dans la portion centrale de chaque tronçon, et on répartit des mailles de tailles croissantes ou décroissantes sur les portions intermédiaires de chaque tronçon entre chaque maille de taille minimale et la portion centrale.The method is characterized in that, having defined a minimum size of mesh and a maximum mesh size, the pipe is subdivided into sections delimited by elbows, we place a mesh of minimum size on the one hand and on the other of each elbow, we position large meshes of size at most equal to the maximum size in the central portion of each section, and we distribute increasing or decreasing mesh sizes on the intermediate portions of each section between each mesh of minimum size and the central portion.

La répartition des mailles de tailles croissantes ou décroissantes sur les portions de chaque tronçon intermédiaire entre chaque maille de taille minimale et la portion centrale, est obtenue par exemple en déterminant les points d'intersection avec chaque tronçon de conduite, d'un faisceau de droites concourant en un point et formant entre elles un angle constant.The distribution of increasing or decreasing mesh sizes over the portions of each intermediate section between each mesh of minimum size and the central portion, is obtained for example by determining the points of intersection with each section of pipe, a bundle of straight lines competing at a point and forming a constant angle between them.

On détermine par exemple la position du sommet du faisceau de droites sur un axe passant par un coude de la conduite et perpendiculaire à chaque tronçon, à une distance de celui-ci qui est fonction de la taille des mailles extrêmes de chaque portion intermédiaire et de leur écart.We determine for example the position of the vertex of the line bundle on an axis passing through a bend in the pipe and perpendicular to each section, a distance from it which is a function of the size of the extreme meshes of each intermediate portion and their gap.

Le positionnement automatique des mailles avec des mailles plus petites au voisinage des extrémités de chaque tronçon permet d'apporter un plus grand soin à la modélisation des phénomènes dans les portions de conduite présentant des changements de direction (infléchissement ou coude).Automatic mesh positioning with smaller meshes at proximity of the ends of each section allows greater care to be taken modeling of phenomena in the pipe sections with changes in direction (sag or elbow).

La méthode selon l'invention comporte de préférence une simplification préalable de la topographie de la conduite de façon que le nombre total de mailles du maillage de la conduite permettent une modélisation réaliste de la physique des phénomènes dans un temps fixé.The method according to the invention preferably includes a simplification prior to the pipe topography so that the total number of meshes of the pipe mesh allow realistic modeling of the physics of phenomena in a fixed time.

Suivant un premier mode d'implémentation, la méthode comporte une représentation de la conduite sous la forme d'un graphe reliant l'abscisse curviligne et la variation de niveau, et une simplification du nombre de tronçons a) en affectant à chaque point entre deux tronçons successifs un poids prenant en compte la longueur des tronçons et leurs pentes respectives, b) en sélectionnant parmi les points rangés par ordre de poids croissant ou décroissant, ceux dont le poids est le plus élevé, la topographie simplifiée étant celle du graphe passant par les points sélectionnés.According to a first mode of implementation, the method comprises a representation of the pipe in the form of a graph connecting the curvilinear abscissa and the level variation, and a simplification of the number of sections a) by affecting at each point between two successive sections a weight taking into account the length of the sections and their respective slopes, b) by selecting from the points arranged in ascending or descending weight order, those with the most weight high, the simplified topography being that of the graph passing through the points selected.

La sélection des points de la conduite dont le poids est le plus élevé est obtenue par exemple en repérant dans le rangement de points une discontinuité de poids supérieure à un certain seuil fixé.The selection of the most weighted pipe points is obtained for example by locating in the arrangement of points a discontinuity of weight greater than a certain fixed threshold.

Suivant un autre mode d'implémentation, la méthode comporte une représentation de la conduite sous la forme d'un graphe reliant l'abscisse curviligne et la variation de niveau, et une simplification du nombre de tronçons par a) la formation du spectre de fréquence de la courbe représentative de la topographie de la conduite, b) l'atténuation des plus hautes fréquences du spectre traduisant les plus petites variations de topographie et c) la reconstruction d'une topographie simplifiée correspondant au spectre de fréquence rectifié.According to another implementation mode, the method includes a representation of the pipe in the form of a graph connecting the curvilinear abscissa and the level variation, and a simplification of the number of sections by a) the formation of the frequency spectrum of the curve representative of the topography of the driving, b) the attenuation of the highest frequencies of the spectrum translating the most small variations in topography and c) reconstruction of a simplified topography corresponding to the rectified frequency spectrum.

La sélection est effectuée par exemple par a) un échantillonnage de la courbe représentative de la topographie de la conduite avec un pas d'échantillonnage choisi pour que le plus petit tronçon de la conduite contienne au moins deux pas d'échantillonnage, b) une détermination du spectre de fréquence de la courbe échantillonnée par application, c) une correction du spectre par filtrage passe-bas dont la fréquence de coupure est choisie en fonction d'un nombre de mailles maximal fixé pour subdiviser la conduite, et, d) une détermination de la topographie correspondant au spectre de fréquence rectifié.The selection is made for example by a) a sampling of the curve representative of the topography of the pipe with a chosen sampling pitch so that the smallest section of the pipe contains at least two steps b) a determination of the frequency spectrum of the curve sampled by application, c) spectrum correction by low-pass filtering whose cutoff frequency is chosen according to a number of meshes maximum fixed to subdivide the pipe, and, d) a determination of the topography corresponding to the rectified frequency spectrum.

Les deux modes de simplification automatique précédents peuvent être appliqués indépendamment l'un de l'autre ou bien successivement, le second mode étant appliqué de préférence quand le premier mode ne permet pas de simplification notable de la topographie.The two previous automatic simplification modes can be applied independently of one another or else successively, the second mode being applied preferably when the first mode does not allow for simplification notable of the topography.

Présentation sommaire des figuresSummary presentation of the figures

D'autres caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention, apparaítront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisation, en se référant aux dessins annexés où :

  • -la Fig.1 montre deux modes de représentation schématique de la variation de l'élévation (E) d'une conduite en fonction de l'abscisse (A) selon que c'est une abscisse cartésienne (ca) ou curviligne (cu);
  • les Fig.2a, 2b montrent respectivement la topographie schématique d'une conduite en forme de W en coordonnées curvilignes, et une partie agrandie de cette même topographie, discrétisée par un maillage approprié ;
  • la Fig. 3 montre un mode d'attribution de poids (P) à des points de la topographie d'une conduite ;
  • la Fig. 4 montre un exemple de spectre adimensionnel (PA) de poids en fonction de la longueur (L);
  • la Fig. 5 montre un exemple d'arrangement des points par paliers de poids décroissants, permettant de repérer la position d'un seuil et de simplifier la topographie de la conduite ;
  • la Fig. 6 montre un exemple de topographie d'une conduite marine (variation de l'élévation E en fonction de l'abscisse curviligne ca) comportant un « riser» à ses extrémités ;
  • la Fig. 7 montre la topographie simplifiée de la même conduite, que l'on obtient par sélection des poids ;
  • la Fig. 8 montre que, sans les « risers » terminaux, la forme générale de la même conduite est plus difficile à dégager ;
  • la Fig.9 montre un spectre de fréquence typique d'une conduite ;
  • la Fig. 10 montre un exemple de tronçon de conduite avec une distribution de mailles de différentes tailles, les plus petites M1 étant positionnées aux coudes, les plus grandes, M2 étant placées dans le tiers central, les mailles intermédiaires M3 étant interposées et résultant d'une interpolation I entre les unes et les autres ;
  • la Fig. 11 montre un mode de formation de mailles de tailles croissantes ;
  • la Fig. 12 illustre le mode de découpage angulaire d'une portion intermédiaire sur un tronçon de conduite ; et
  • la Fig.13 montre le maillage obtenu par la mise en oeuvre de la méthode, sur une conduite sous-marine de 90km de longueur.
Other characteristics and advantages of the method according to the invention will appear on reading the following description of nonlimiting exemplary embodiments, with reference to the accompanying drawings in which:
  • -Fig. 1 shows two modes of schematic representation of the variation in elevation (E) of a pipe as a function of the abscissa (A) depending on whether it is a Cartesian abscissa (ca) or curvilinear (cu) ;
  • Fig.2a, 2b show respectively the schematic topography of a W-shaped pipe in curvilinear coordinates, and an enlarged part of this same topography, discretized by an appropriate mesh;
  • Fig. 3 shows a method of assigning weight (P) to points on the topography of a pipe;
  • Fig. 4 shows an example of an adimensional spectrum (PA) of weight as a function of length (L);
  • Fig. 5 shows an example of arrangement of the points in decreasing weight steps, making it possible to identify the position of a threshold and to simplify the topography of the pipe;
  • Fig. 6 shows an example of topography of a marine pipe (variation of the elevation E as a function of the curvilinear abscissa ca) comprising a "riser" at its ends;
  • Fig. 7 shows the simplified topography of the same pipe, which is obtained by selection of the weights;
  • Fig. 8 shows that, without the terminal “risers”, the general shape of the same pipe is more difficult to identify;
  • Fig.9 shows a typical frequency spectrum of a pipe;
  • Fig. 10 shows an example of a pipe section with a distribution of meshes of different sizes, the smallest M1 being positioned at the elbows, the largest, M2 being placed in the central third, the intermediate meshes M3 being interposed and resulting from an interpolation I between each other;
  • Fig. 11 shows a mode of forming meshes of increasing sizes;
  • Fig. 12 illustrates the mode of angular cutting of an intermediate portion on a pipe section; and
  • Fig.13 shows the mesh obtained by the implementation of the method, on an underwater pipe of 90km in length.

DESCRIPTION DETAILLEEDETAILED DESCRIPTION I) Simplification de la topographie d'une conduiteI) Simplification of the topography of a pipe

On n'a généralement aucune difficulté à faire ressortir au premier coup d'oeil la forme globale d'un profil quelconque. La méthode selon l'invention permet, par des critères purement mathématiques, le repérage automatique de la configuration d'une conduite, en se basant sur une analyse spectrale de la courbe représentative des variations du profil. Parmi tous les spectres que l'on peut associer à une topographie donnée, on en recherche un qui permette de distinguer les portions du profil à simplifier et les portions du profil importantes.We generally have no difficulty in highlighting it at first glance the overall shape of any profile. The method according to the invention allows, by purely mathematical criteria, automatic identification of the configuration of a pipe, based on a spectral analysis of the curve representative of profile variations. Among all the spectra that can be associated with a topography given, we are looking for one that makes it possible to distinguish the portions of the profile to simplify and important profile portions.

I-1) Premier mode de simplificationI-1) First mode of simplification

Dans une topographie, les seuls critères faisant en sorte qu'un point est simplifiable par rapport à un autre, ne peuvent être que les longueurs des sections qui l'entourent et la différence angulaire les séparant (Fig.3). Lorsqu'on construit les deux « spectres» (Indices du tronçon) - (Longueurs des tronçons) et (Abscisse curviligne des points) - (Différence angulaire des tronçons entrant et sortant), on se rend compte qu'ils présentent des différences notables d'ordres de grandeur mais également que ces deux spectres sont indépendants, si bien qu'en simplifiant des points négligeables dans l'un, il se peut qu'on ait effacé des points importants dans l'autre.In a topography, the only criteria ensuring that a point is simplifiable compared to another, can only be the lengths of the sections which surround it and the angular difference separating them (Fig. 3). When we build the two "Spectra" (Section indices) - (Section lengths) and (Curvilinear abscissa points) - (Angular difference between incoming and outgoing sections), we realize that they present significant differences in orders of magnitude but also that these two spectra are independent, so that by simplifying negligible points in one, important points may have been deleted in the other.

Pour regrouper ces deux spectres en un seul, on va affecter à chaque point topographique un poids prenant en compte les longueurs de tronçons, et les différences angulaires qui les séparent. On utilise par exemple la pondération suivante : Poids = L 1.L 2 L 1+L 2 (P 2-P 1)2 où L1 et L2 sont les longueurs des tronçons, et P 1 = y 1 x 1 et P 2 = y 2 x 2 sont les pentes. Ainsi, à longueurs égales, on simplifiera les tronçons séparés par la plus petite différence de pente. Et à angles égaux, on simplifiera les longueurs les plus courtes.To group these two spectra into one, we will assign to each topographic point a weight taking into account the lengths of sections, and the angular differences which separate them. For example, the following weighting is used: Weight = The 1 . The 2 The 1 + The 2 ( P 2 - P 1 ) 2 where L 1 and L 2 are the lengths of the sections, and P 1 = there 1 x 1 and P 2 = there 2 x 2 are the slopes. Thus, at equal lengths, the sections separated by the smallest difference in slope will be simplified. And at equal angles, we will simplify the shortest lengths.

Construction du spectreSpectrum construction

Le spectre (Abscisse curviligne - Poids) présente dans la majorité des cas, une succession de pics de toutes tailles. Ces spectres tel celui de la Fig.4 ne sont généralement pas analysables directement. Dans ces conditions, la technique que l'on utilise ici consiste à classer les poids (P) par ordre croissant ou décroissant et à leur affecter à chacun l'indice correspondant de classement (CI) par poids de 1 à N. De préférence, on utilise une représentation (Log Poids- Indice) qui fait mieux ressortir les ordres de grandeur car un saut de n sur un tel spectre signifie un rapport de 10 n sur les poids. Tous les poids ayant le même ordre de grandeur sont classés sur des paliers plus ou moins horizontaux. Deux poids d'ordres de grandeur différents seront séparés par un segment de droite vertical. On aboutit à un spectre en cascade, permettant de lire aisément les différents ordres de grandeurs présents dans la topographie. Sur l'exemple de la Fig.5 par exemple, le spectre logarithmique Log P contient deux paliers bien distincts séparés par un segment vertical.The spectrum (Curvilinear abscissa - Weight) presents in the majority of cases, a succession of peaks of all sizes. These spectra such as that of Fig. 4 cannot generally be analyzed directly. Under these conditions, the technique used here consists in classifying the weights (P) in ascending or descending order and in assigning to them each the corresponding classification index (CI) by weight from 1 to N. Preferably, we use a representation (Log Weight-Index) which brings out the orders of magnitude better because a jump of n on such a spectrum means a ratio of 10 n on the weights. All the weights having the same order of magnitude are classified on more or less horizontal bearings. Two weights of different orders of magnitude will be separated by a vertical line segment. This leads to a cascading spectrum, making it possible to easily read the different orders of magnitude present in the topography. In the example of Fig. 5 for example, the logarithmic spectrum Log P contains two very distinct steps separated by a vertical segment.

On cherche le premier triplet de points consécutifs du spectre, défini par exemple par un seuil ΔP fixé sur l'échelle logarithmique (ΔP=1 par exemple) entre le deuxième et le troisième, qui suit un saut inférieur à ΔP entre le premier et le deuxième. Les deux premiers points sont du même ordre de grandeur. Tous les points suivants sont d'un ordre de grandeur négligeable par rapport aux deux premiers . De cette façon, on s'assure que tous les poids à droite du triplet en question, seront au moins 10 fois inférieurs au poids du deuxième et donc négligeables par rapport aux points en amont. Sur la table de correspondance (indice de poids-abscisse curviligne), on sélectionne les points d'abscisse curviligne correspondant aux poids les plus forts sélectionnés. La topographie simplifiée sera la ligne passant par ces points. We are looking for the first triplet of consecutive points in the spectrum, defined for example by a threshold Δ P fixed on the logarithmic scale (Δ P = 1 for example) between the second and the third, which follows a jump less than Δ P between the first and second. The first two points are of the same order of magnitude. All the following points are of an order of magnitude negligible compared to the first two. In this way, we make sure that all the weights to the right of the triplet in question will be at least 10 times less than the weight of the second and therefore negligible compared to the points upstream. On the correspondence table (curvilinear abscissa weight index), select the curvilinear abscissa points corresponding to the strongest weights selected. The simplified topography will be the line passing through these points.

Sur l'exemple de topographie de la Fig.6, on y distingue trois parties distinctes. Elle commence par un « riser» de 3 kms, suivi d'une partie horizontale en dents de scie sur 20 kms qui se termine par un autre « riser » de 200 m lui aussi en dents de scie. Son spectre est celui de la Fig.5. Le premier triplet qui obéit au critère de seuillage est formé par les points 4, 5 et 6. Le seuil de simplification est le point d'indice 6. Un saut supérieur à 2 dans l'échelle logarithmique sépare les paliers horizontaux de part et d'autre des points 5 et 6. Ainsi, on s'assure que les points à gauche de l'indice 5 ont des poids au moins 100 fois supérieurs à ceux qui se trouvent à droite de l'indice 6.In the example of topography in Fig. 6, there are three parts distinct. It begins with a 3 km riser, followed by a horizontal part sawtooth over 20 km which ends with another 200m riser also in Sawtooth. Its spectrum is that of Fig. 5. The first triplet which obeys the criterion threshold is formed by points 4, 5 and 6. The simplification threshold is point index 6. A jump greater than 2 in the logarithmic scale separates the landings horizontal on either side of points 5 and 6. This ensures that the points to left of index 5 have weights at least 100 times greater than those found to the right of index 6.

Dans cet exemple, on simplifie la topographie en ne gardant que les points d'abscisse curviligne correspondant aux poids supérieurs ou égaux à celui du point 6. On obtient la topographie simplifiée de la Fig.7. La forme globale est conservée. Toutes les petites variations en dents de scie sur la partie horizontale de 20 kms ont été supprimées. Le nombres de points est passé de 43 initialement (Fig.6) à 6, soit une réduction d'un facteur 7. Ce cas se prête particulièrement bien au seuillage, puisque les différents ordres de grandeurs sont visibles sur la topographie initiale.In this example, we simplify the topography by keeping only the points of curvilinear abscissa corresponding to the weights greater than or equal to that of point 6. We obtain the simplified topography of Fig. 7. The overall shape is kept. All the small sawtooth variations on the horizontal part of 20 km have been deleted. The number of points increased from 43 initially (Fig. 6) to 6, i.e. a reduction of a factor of 7. This case lends itself particularly well to thresholding, since the different orders of magnitude are visible on the initial topography.

Le premier mode de simplification qui vient d'être décrit est facile à mettre en oeuvre et fondé sur des algorithmes relativement simples exécutables rapidement. Il est adapté aux topographies possédant plusieurs ordres de grandeurs, comme la topographie précédente qui a pu être considérablement simplifiée car elle contenait des points ayant des poids négligeables par rapport à d'autres.The first simplification mode which has just been described is easy to implement. work and based on relatively simple algorithms executable quickly. he is suitable for topographies with several orders of magnitude, such as previous topography which could have been considerably simplified because it contained points having negligible weights compared to others.

Le problème est tout autre si on ne s'intéresse qu'à la partie centrale de cette topographie, en retirant les risers aux extrémités car dans ce cas, comme le montre la Fig.8, la forme générale de la conduite est plus difficile à dégager. La simplification de cette topographie par une droite reliant le point de départ et celui d'arrivée, n'est plus possible. Son spectre est exactement le même que celui de la topographie initiale, à ceci près qu'il commence au point 6. Aucun seuil n'est présent dans cette partie du spectre, les points ont tous le même ordre de grandeur. Et même si le poids le plus élevé vaut plus de 100 fois le plus faible, on passe de l'un à l'autre de façon continue.The problem is quite different if we are only interested in the central part of this topography, removing the risers at the ends because in this case, as shown in the Fig.8, the general shape of the pipe is more difficult to identify. Simplification of this topography by a straight line connecting the point of departure and that of arrival, is no more possible. Its spectrum is exactly the same as that of the topography initial, except that it starts at point 6. No threshold is present in this part of the spectrum, the points all have the same order of magnitude. And even if the weight the highest is more than 100 times the lowest, we go from one to the other so keep on going.

I-2) Deuxième mode de simplificationI-2) Second simplification mode

Pour les topographies avec des points présentant le même ordre de grandeur, qui ne peuvent pas être traitées par la méthode de seuillage précédente, on procède à un filtrage spectral. Les petites variations dans le profil de la conduite se traduisent par des hautes fréquences dans le spectre de Fourier de la fonction représentative de la topographie. En coupant ou en atténuant les fréquences les plus hautes de son spectre de fréquence, il est possible de simplifier la topographie.For topographies with points having the same order of magnitude, which cannot be processed by the previous thresholding method, we proceed to spectral filtering. Small variations in the driving profile are reflected by high frequencies in the Fourier spectrum of the representative function of topography. By cutting or attenuating the highest frequencies of sound frequency spectrum, it is possible to simplify the topography.

A cet effet, on échantillonne la fonction topographique et l'on détermine son spectre par la méthode dite FFT (Fast Fourier Transform). Le pas d'échantillonnage doit être assez petit pour bien rendre compte de toutes les plages de fréquence en évitant le repliement du spectre. Pour ce faire, le nombre de points d'échantillonnage est choisi de telle façon que le plus petit tronçon de conduite contienne au moins deux subdivisions pour s'assurer que la transformée de Fourier agira sur toutes les parties de la conduite, même les plus insignifiantes. L'atténuation des hautes fréquences doit bien entendu être effectuée avec discernement et ajustée de façon que la fonction topographique reconstituée reste représentative de la fonction initiale.To do this, we sample the topographic function and determine its spectrum by the method known as FFT (Fast Fourier Transform). The sampling step must be small enough to properly account for all frequency ranges in avoiding aliasing. To do this, the number of sampling points is chosen so that the smallest section of pipe contains at least two subdivisions to ensure that the Fourier transform will act on all even the most insignificant parts of driving. Attenuation of high frequencies must of course be performed with discernment and adjusted so that the reconstructed topographic function remains representative of the initial function.

La méthode de filtrage la plus simple consiste par exemple à appliquer un seuil, tous les coefficients de Fourier (FC) dont l'amplitude A(FC) est inférieure à ce seuil étant éliminés (coefficients inférieurs à 40 par exemple sur l'exemple de la Fig.9. Seule l'information contenue dans les fréquences inférieures à ce seuil est conservée. On reconstitue par transformée inverse la typographie simplifiée correspondante.The simplest method of filtering is, for example, to apply a threshold, all Fourier coefficients (FC) whose amplitude A (FC) is less than this threshold being eliminated (coefficients less than 40 for example on the example of the Fig.9. Only the information contained in frequencies below this threshold is retained. We reconstitute by reverse transform the simplified typography corresponding.

En se fixant une fréquence de coupure, on fixe ainsi le nombre maximal d'oscillations du signal reconstitué. Si l'on ne garde que les dix premières fréquences, la fonction reconstituée va suivre la forme générale de la conduite, avec un maximum de vingt extrema.By setting a cutoff frequency, we set the maximum number oscillations of the reconstructed signal. If we only keep the first ten frequencies, the reconstituted function will follow the general shape of the pipe, with a maximum of twenty extrema.

II) Sélection des tailles de maille sur chaque tronçon de conduiteII) Selection of mesh sizes on each pipe section PrincipePrinciple

Le principe du maillage va consister à mailler indépendamment les tronçons de conduite entre deux bords imposés. Comme l'intérêt d'un maillage bien fait est de pouvoir observer correctement les accumulations de liquide dans les coudes, il est préférable que le maillage soit affiné aux points de la topographie susceptibles de voir s'accumuler du liquide ou du gaz. C'est pourquoi, on va s'arranger pour placer une maille courte avant et après chaque coude et des plus grandes entre les coudes. Par contre, il n'est pas utile de mailler finement les parties intermédiaires des tronçons entre les coudes.The principle of the mesh will consist in independently meshing the sections of conduct between two imposed edges. As the interest of a well made mesh is to ability to properly observe fluid build-up in elbows it is preferable that the mesh is refined at the points of the topography likely to see build up of liquid or gas. This is why, we are going to arrange to place a short stitch before and after each elbow and larger between the elbows. On the other hand, it is not useful to finely mesh the intermediate parts of the sections between the elbows.

La topographie de la conduite ayant été au préalable (quand c'était nécessaire) simplifiée et réduite à un certain nombre de tronçons, on fixe pour les mailles une taille minimale et une taille maximale. On isole alors tout d'abord les bords de chacun d'eux (leur entrée, leur sortie) par des cellules de petite taille et ensuite on insère des bords de mailles sur leur partie centrale qui est plus longue. Il n'est généralement pas utile d'affiner le maillage en entrée et en sortie en dehors des portions aux extrémités de chaque tronçon et l'on peut donc insérer sur une bonne part de la longueur de chaque tronçon (par exemple sur les 2/3 de la longueur) de la taille maximale que l'on s'est fixé.The topography of the pipe having been previously (when it was necessary) simplified and reduced to a certain number of sections, we fix for meshes a minimum size and a maximum size. We first isolate the edges of each of them (their entry, their exit) by small cells and then we insert mesh edges on their central part which is longer. he it is generally not useful to refine the input and output mesh outside the portions at the ends of each section so we can insert on a good share of the length of each section (for example over 2/3 of the length) of the maximum size that we have set.

Comme distribution, on peut choisir par exemple que la taille des mailles après celle qui suit un coude, augmente graduellement sur un tiers de la longueur du tronçon, reste constante sur le tiers suivant pour enfin diminuer graduellement sur le dernier tiers avant la maille courte finale comme le montre la Fig. 10.As distribution, one can choose for example that the size of the meshes after the one following a bend, gradually increases over a third of the length of the section, remains constant over the next third to finally decrease gradually over the last third before the final short stitch as shown in Fig. 10.

Définition des longueurs de cellules minimale et maximaleDefinition of minimum and maximum cell lengths

On va définir deux longueurs de cellules, une longueur minimale, qui va servir à isoler les bords de mailles imposés par des cellules de petites tailles, et une longueur maximale, qui va servir à mailler les milieux des tronçons compris entre deux cellules courtes.We will define two cell lengths, a minimum length, which will serve to isolate the mesh edges imposed by small cells, and a maximum length, which will be used to mesh the midpoints of the sections between two short cells.

Toutes les mailles qu'on insère après ces deux étapes sont déduites des cellules initiales par interpolation entre une cellule courte et une cellule longue. Elles ont donc des tailles intermédiaires. Cette propriété est intéressante. Elle indique que le nombre de mailles total sera forcément compris entre le nombre qu'on aurait obtenu en maillant de façon homogène avec la longueur minimale, et le nombre obtenu de la même façon mais avec la longueur maximale. Ainsi, on peut contrôler le nombre de mailles total à partir des tailles minimale et maximale.All the meshes which one inserts after these two stages are deduced from initial cells by interpolation between a short cell and a long cell. They therefore have intermediate sizes. This property is interesting. It indicates that the total number of meshes will necessarily be between the number we would have obtained by meshing homogeneously with the minimum length, and the number obtained in the same way but with the maximum length. So we can control the total number of stitches from minimum and maximum sizes.

Une des contraintes du maillage automatique réside dans le nombre de mailles total. Celui-ci doit engendrer un temps de simulation le plus court possible, tout en permettant une bonne visualisation des phénomènes physiques. L'expérience montre d'une part qu'une discrétisation de moins de 40 mailles ne permet pas une bonne description physique des problèmes. D'autre part, les maillages de plus de 150 mailles engendrent des simulations trop longues. Le maillage par défaut doit donc être assez souple et comporter entre 40 et 100 mailles.One of the constraints of automatic meshing lies in the number of total mesh. This must generate the shortest possible simulation time, while allowing a good visualization of physical phenomena. experience shows on the one hand that a discretization of less than 40 meshes does not allow a good physical description of the problems. On the other hand, meshes of more than 150 meshes generate too long simulations. The default mesh must therefore be fairly flexible and have between 40 and 100 stitches.

Un nombre de mailles aussi faible ne convient pas pour tous les cas. Le nombre de mailles idéal pour un cas précis dépend de plusieurs facteurs, entrant en compte dans le schéma numérique. A topographie égale par exemple, un cas comportant un grand nombre de changements de section nécessitera un maillage plus fin. La méthode selon l'invention laisse une grande latitude à l'utilisateur de choisir le nombre total de mailles qui lui convient.Such a low number of meshes is not suitable for all cases. The ideal number of meshes for a specific case depends on several factors, coming into counts in the numerical scheme. With equal topography for example, a case with a large number of section changes will require more mesh end. The method according to the invention leaves a great latitude to the user to choose the total number of meshes which suits him.

A partir de ce nombre N, le code calcule les longueurs minimales Min et maximale Max de la façon suivante : Min = L N+P Max = L N-P From this number N, the code calculates the minimum lengths Min and maximum length Max as follows: Low = The NOT + P Max = The NOT - P

Le paramètre P permet de réduire l'écart entre les longueurs minimale et maximale de façon à rendre progressivement le maillage homogène pour les grands nombres de mailles.Parameter P makes it possible to reduce the difference between the minimum lengths and maximum so as to gradually make the mesh homogeneous for large numbers of meshes.

On définit ce paramètre par exemple comme suit. Pour un nombre de mailles demandé inférieur ou égal à 60 par exemple, on le fixe par exemple à 60. C'est le maillage par défaut. Le paramètre vaut 40. La plus petite maille vaudra L/100 et la plus grande L/20. Le nombre de mailles total sera compris entre 20 et 100.This parameter is defined for example as follows. For a number of meshes requested less than or equal to 60 for example, we set it for example to 60. This is the default mesh. The parameter is worth 40. The smallest mesh will be worth L / 100 and the larger L / 20. The total number of meshes will be between 20 and 100.

Un nombre de mailles supérieur ou égal a 150 signifie que la modélisation à traiter est certainement plus délicate. Le but est alors de construire un maillage homogène. Pour cela, les tailles minimales et maximales doivent être proches l'une de l'autre. On va donc fixer le paramètre à 10. Le nombre de mailles total sera alors compris entre L / N+10 et L / N-10 .On obtient le nombre de mailles demandé, à 20 mailles près, sur plus de 150.A number of meshes greater than or equal to 150 means that the modeling to be treated is certainly more delicate. The goal is then to build a homogeneous mesh. For this, the minimum and maximum sizes must be close to each other. We will therefore set the parameter at 10. The total number of meshes will then be between L / N +10 and L / N -10. We obtain the requested number of meshes, to within 20 meshes, over more than 150.

Pour faire en sorte que le maillage s'homogénéise progressivement entre 60 et 150 mailles, on va calculer le paramètre par interpolation linéaire entre les deux domaines, ce qui s'exprime de la façon suivante : P=40 si N<60 P=-13 N + 60 si 60<N<150 et P=10 si N>150 To make so that the mesh is gradually homogenized between 60 and 150 meshes, one will calculate the parameter by linear interpolation between the two fields, which is expressed in the following way: P = 40 if N <60 P = - 1 3 NOT + 60 if 60 <N <150 and P = 10 if N> 150

Ce paramètre étant déterminé, il est possible d'isoler les bords imposés par des cellules courtes et de discrétiser les milieux des tronçons par des cellules longues. This parameter being determined, it is possible to isolate the edges imposed by short cells and to discretize the midpoints of the sections by cells long.

Il ne reste plus qu'à trouver un moyen pour passer graduellement d'une cellule courte à une longue. On connaít les longueurs des trois cellules, et on cherche à insérer des bords de mailles sur la partie centrale. Les tailles des mailles ainsi créées doivent être comprises entre celles des cellules extrêmes. Partant de la plus petite, la maille suivante doit toujours être plus longue que la précédente, mais plus courte que la suivante.It only remains to find a way to gradually move from one cell short to long. We know the lengths of the three cells, and we are looking to insert mesh edges on the central part. The mesh sizes thus created must be between those of the extreme cells. Starting from the smallest, the next stitch should always be longer than the previous one, but shorter than the next one.

Dans le cas général, il n'existe aucun couple (f,n) ∈ (R, N) tel que:

  • la taille d'une maille se déduise de celle de la précédente en la multipliant par un facteur f.
  • la somme des n longueurs ainsi créées soit égale à (L1+L2)
  • la taille de la dernière cellule puisse s'exprimer sous la forme fn +1.L 1 f.
In the general case, there is no pair ( f, n ) ∈ (R, N) such that:
  • the size of a mesh is deduced from that of the previous one by multiplying it by a factor f.
  • the sum of the n lengths thus created is equal to (L1 + L2)
  • the size of the last cell can be expressed as f n +1 . L 1 f.

Il en va de même pour une éventuelle interpolation linéaire entre les deux mailles. Le fait de connaítre les trois longueurs impose une surabondance de données par rapport aux inconnues. Il est alors impossible de satisfaire toutes les contraintes.The same goes for a possible linear interpolation between the two sts. Knowing the three lengths requires a glut of data compared to the unknowns. It is then impossible to satisfy all the constraints.

Pour pallier cette difficulté, on propose une méthode de type géométrique où l'on utilise la propriété que les segments L1, L2, L3, L4 découpés sur un axe par les droites d'un faisceau régulier (d'écartement angulaire α constant les unes par rapport aux autres) dont le sommet est en dehors de cet axe, varient progressivement (Fig. 11).To overcome this difficulty, we propose a geometric type method where we use the property that the segments L1, L2, L3, L4 cut on an axis by the straight lines of a regular beam (angular spacing α constant with respect to each other to others) whose apex is outside this axis, gradually vary (Fig. 11).

On considère (Fig.12) un tronçon de conduite commençant par une petite maille (0, x1) de longueur L1 et se terminant par une maille (x2, x3) de longueur L3 > L1. On peut montrer qu'il existe un point sur une perpendiculaire au tronçon de conduite à l'abscisse 0 tel que les mailles de longueurs L1 et L3 soient vues de ce point sous le même angle α. L'ordonnée y de ce sommet est donné par la relation : y= L 1(L 1+L 2)(L 1+L 2+L 3)(L 3-L 1) où L2 est la longueur du segment (x1, x2).We consider (Fig.12) a pipe section starting with a small mesh (0, x1) of length L1 and ending with a mesh (x2, x3) of length L3> L1. It can be shown that there is a point on a perpendicular to the pipe section at the abscissa 0 such that the meshes of lengths L1 and L3 are seen from this point at the same angle α. The y coordinate of this vertex is given by the relation: there = The 1 ( The 1 + The 2 ) ( The 1 + The 2 + The 3 ) ( The 3 - The 1 ) where L2 is the length of the segment (x1, x2).

Il s'agit ensuite de couper l'angle β en N parties égales, N étant égal à la division entière de β par α, soit N=E( β / α). Chacun des N angles découpant β est toujours supérieur ou égal à α.It is then a question of cutting the angle β into N equal parts, N being equal to the integer division of β by α, that is N = E (β / α). Each of the N angles cutting β is always greater than or equal to α.

Le principe utilisé pour réaliser l'insertion des bords de mailles est à la fois simple et souple. Il permet, par le biais d'un unique paramètre, de créer un maillage soit uniforme, soit hétérogène affiné aux endroits importants.The principle used to carry out the insertion of the edges of meshes is at the same time simple and flexible. It allows, through a single parameter, to create a mesh either uniform or heterogeneous, refined in important places.

Claims (8)

Méthode de maillage automatique de conduites permettant l'implémentation de codes de modélisation de fluides acheminés par ces conduites, caractérisée en ce que, ayant défini une taille minimale de maille et une taille maximale de maille, on subdivise la conduite en tronçons délimités par des coudes, on positionne une maille de taille minimale de part et d'autre de chaque coude, on positionne des grandes mailles de taille au plus égale à la taille maximale dans la portion centrale de chaque tronçon, et on répartit des mailles de tailles croissantes ou décroissantes sur les portions intermédiaires de chaque tronçon entre chaque maille de taille minimale et la portion centrale.Automatic mesh method of pipes allowing the implementation of modeling codes of fluids conveyed by these pipes, characterized in that , having defined a minimum mesh size and a maximum mesh size, the pipe is subdivided into sections delimited by elbows , we position a mesh of minimum size on each side of each elbow, we position large meshes of size at most equal to the maximum size in the central portion of each section, and we distribute meshes of increasing or decreasing sizes on the intermediate portions of each section between each mesh of minimum size and the central portion. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on répartit des mailles de tailles croissantes ou décroissantes sur les portions de chaque tronçon intermédiaire entre chaque maille de taille minimale et la portion centrale en déterminant les points d'intersection avec chaque tronçon de conduite, d'un faisceau de droites concourant en un point et formant entre elles un angle constant.Method according to claim 1, characterized in that increasing or decreasing meshes are distributed over the portions of each intermediate section between each minimum size mesh and the central portion by determining the points of intersection with each pipe section , of a bundle of lines competing at a point and forming between them a constant angle. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on détermine la position du sommet du faisceau de droites sur un axe passant par un coude de la conduite et perpendiculaire à chaque tronçon, à une distance (y) de celui-ci qui est fonction de la taille (L1, L3) des mailles extrêmes de chaque portion intermédiaire et de leur écart (L2).Method according to claim 1, characterized in that the position of the apex of the straight line bundle is determined on an axis passing through an elbow of the pipe and perpendicular to each section, at a distance (y) from it which is function of the size (L1, L3) of the extreme meshes of each intermediate portion and their distance (L2). Méthode de maillage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une simplification préalable de la topographie de la conduite.Mesh method according to one of claims 1 to 3, characterized in that it includes a prior simplification of the topography of the pipe. Méthode de maillage selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte une représentation de la conduite sous la forme d'un graphe reliant l'abscisse curviligne et la variation de niveau, et une simplification du nombre de tronçons en affectant à chaque point entre deux tronçons successifs un poids prenant en compte la longueur (L1, L2) des tronçons et leurs pentes respectives (P1, P2) et en sélectionnant parmi les points rangés par ordre de poids croissant ou décroissant, ceux dont le poids est le plus élevé.Mesh method according to claim 4, characterized in that it comprises a representation of the pipe in the form of a graph connecting the curvilinear abscissa and the level variation, and a simplification of the number of sections by assigning to each point between two successive sections a weight taking into account the length (L1, L2) of the sections and their respective slopes (P1, P2) and by selecting among the points arranged in order of increasing or decreasing weight, those whose weight is the highest . Méthode de maillage selon la revendication 5, caractérisée en ce l'on sélectionne les points de la conduite dont le poids est le plus élevé en repérant dans le rangement de points une discontinuité de poids supérieure à un certain seuil fixé (ΔP).Mesh method according to claim 5, characterized in that the points of the pipe having the highest weight are selected by locating in the arrangement of points a weight discontinuity greater than a certain fixed threshold (Δ P ). Méthode de maillage selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte une représentation de la conduite sous la forme d'un graphe reliant l'abscisse curviligne et la variation de niveau, et une simplification du nombre de tronçons par la formation du spectre de fréquence de la courbe représentative de la topographie de la conduite, l'atténuation des plus hautes fréquences du spectre traduisant les plus petites variations de topographie et la reconstruction d'une topographie simplifiée correspondant au spectre de fréquence rectifié.Mesh method according to claim 5, characterized in that it comprises a representation of the pipe in the form of a graph connecting the curvilinear abscissa and the level variation, and a simplification of the number of sections by the formation of the spectrum of frequency of the curve representative of the topography of the pipe, the attenuation of the highest frequencies of the spectrum translating the smallest variations of topography and the reconstruction of a simplified topography corresponding to the rectified frequency spectrum. Méthode de maillage selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un échantillonnage de la courbe représentative de la topographie de la conduite avec un pas d'échantillonnage choisi pour que le plus petit tronçon de la conduite contienne au moins deux pas d'échantillonnage, une détermination du spectre de fréquence de la courbe échantillonnée par application, une correction du spectre par filtrage passe-bas dont la fréquence de coupure est choisie en fonction d'un nombre de mailles maximal fixé pour subdiviser la conduite, et la détermination de la topographie correspondant au spectre de fréquence rectifié.Mesh method according to claim 7, characterized in that it includes a sampling of the curve representative of the topography of the pipe with a sampling step chosen so that the smallest section of the pipe contains at least two steps of sampling, a determination of the frequency spectrum of the curve sampled by application, a correction of the spectrum by low-pass filtering, the cut-off frequency of which is chosen according to a maximum number of meshes fixed to subdivide the pipe, and the determination of the topography corresponding to the rectified frequency spectrum.
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