多气源高压燃气管网动态仿真与壅塞分析

摘要

本文对多气源高压燃气管网的动态仿真与燃气流动中的壅塞现象进行研究，建立动态仿真和壅塞流动的数学模型，分别采用牛顿迭代法和四阶Rung-Kutta法对模型进行求解，并通过实际工程进行了实例验证，对于燃气管网的设计、建设以及智能化运行具有重要指导意义。主要内容如下：
　　 对输气管道进行水力分析，从输气管道的基本方程出发，结合实际气体状态方程与焓方程建立了动态仿真的数学模型；采用弦截法计算管段的摩阻系数，取代以往的试算法提高了计算精度；对输气管道进行热力学分析，研究了输气管道温度的变化规律。
　　 多气源的数学模型所含的基本方程与单气源相同，只是初始值的求解方法和所建立的方程个数不同，本文提出了多气源动态仿真的初始值计算方法，从边界条件和约束条件入手对多气源仿真模型封闭性进行分析，区别于单气源仿真模型。
　　 以气体动力学为基础，对变截面和等截面燃气管道的壅塞现象进行分析研究，采用四阶Rung-Kutta法对等截面壅塞模型进行求解；结合工程实例，讨论了壅塞状态下管道内气体参数的变化规律。
　　 分别对高压管道的稳态储气和动态储气进行研究，通过拟合管道压力变化规律，推导出了稳态储气量的计算公式，并分析了管长、压力等参数对稳态储气的影响；结合动态储气的定义与变截面壅塞模型，对长输管道末段“放气”壅塞现象以及其对管道储气的影响进行分析。
　　 在原软件“燃气管网瞬态模拟与泄漏分析软件”基础上，增加了多气源高压燃气管网模拟计算功能，并对软件做了一定的改进，实现了历史数据的查询、新数据计算与存储等功能，升级了软件版本，为接下来的负荷预测与实时仿真的结合奠定基础。并以聊—泰高压管线为算例，结合SCADA系统采集数据，对该管线进行动态模拟，结果显示各调压站模拟压力值与采集值基本吻合，表明该软件可以用于指导工程实践。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题研究的背景

1.2世界天然气长输管线的发展

1.2.1国外长输管线的发展

1.2.2国内长输管线的发展

1.3国内外燃气管网动态模拟技术发展与软件的开发

1.3.1燃气管网动态仿真理论的发展

1.3.2燃气管网动态模拟软件的开发

1.4本课题研究的主要内容

1.4.1多气源高压燃气管网的动态仿真

1.4.2燃气管道壅塞现象的分析

第2章 输气管道的流动特性与热力学分析

2.1引言

2.2输气管道的流动特性

2.2.1气体管流的基本方程

2.2.2摩阻系数的确定

2.3输气管道的热力学分析

2.3.1基本热力学参数计算

2.3.2输气管道温度变化规律

2.4小结

第3章 非稳定流动数学模型建立与求解

3.1引言

3.2非稳定流的数学模型

3.3非稳定流模型的求解

3.3.1牛顿迭代法

3.3.2差分方程与边界条件

3.3.3迭代函数及其导数序列的构造

3.4小结

第4章 多气源燃气管网动态仿真分析

4.1引言

4.2多气源动态仿真的初始值确定

4.2.1管段剖面流量

4.2.2管段剖面压力

4.2.3管段剖面温度

4.3方程封闭性分析

4.3.1剖分面的划分

4.3.2约束条件与边界条件

4.4实例计算

4.5小结

第5章 燃气管道壅塞流动分析

5.1引言

5.2壅塞原理及相关定义

5.2.1壅塞产生原理

5.2.2壅塞相关定义

5.3变截面壅塞流动分析

5.3.1数学模型

5.3.2壅塞发生条件及堵塞流量

5.4等截面管道壅塞流动分析

5.4.1数学模型

5.4.2模型的求解

5.4.3实例计算

5.5小结

第6章 高压管道储气能力及“放气”壅塞现象的研究

6.1引言

6.2稳态储气量的计算

6.2.1储气量及最优管长的确定

6.2.2管道储气能力分析

6.3非稳定流储气分析

6.3.1储气量的确定

6.3.2“放气”壅塞现象对储气的影响

6.4小结

第7章 软件的改进与应用

7.1引言

7.2软件功能的改进

7.2.1节点数据存储与查询

7.2.2数据库的设计

7.3实例计算

7.3.1管线路由及相关数据

7.3.2系统模型及边界条件

7.3.3结果分析

7.4小结

第8章 结论与展望

8.1研究成果

8.2建议与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表科研情况

附录