天然气管网的水力瞬变分析

【摘要】： 我国天然气资源地区分布极不平衡,对其输配工程的研究是天然气工业领域的一个重要课题。天然气输配系统的设计和运行调度以管网系统的水力分析为基础,水力分析的效率与准确性,直接影响管网系统的设计及运行可靠性。天然气管网中的各项参数是时刻变化的,因此天然气管网系统的水力瞬变分析具有重要的意义。 本文根据天然气管网流动基本方程,建立了水力瞬变流控制方程,并建立了典型边界条件方程。首先进行了天然气管网系统的稳态水力分析,并将计算结果作为水力瞬变分析的初始条件。然后分别运用特征线法和带惯性因子的特征线法对算例及实际天然气管网的水力瞬变过程进行模拟计算,应用C++语言编制了计算机程序,并对计算结果进行了分析。 特征线法因其具有严密的理论性、清晰的物理概念以及良好的数值稳定性,是求解天然气管网水力瞬变问题的较好方法。采用特征线法对天然气管网瞬变流进行求解时,为保持数值解法的稳定性,其时间步长将被限定为一个较小的值,通常为几秒或几十秒。如果瞬变过程持续时间较长,计算的总时间将大大增加。因此特征线法对于变化缓慢的瞬变流问题的求解速度偏低。 本文采用带惯性因子的特征线法求解了天然气管网瞬变流,并阐述了惯性因子的物理意义和计算公式。带惯性因子的特征线法通过在运动方程中引入惯性因子,增加了传统特征线法中选取时间步长的灵活性,从而在满足计算精度的前提下,较大地提高了计算速度,这对于提高管网的实时控制水平以及改善管网的运行管理能力具有实际意义。带惯性因子的特征线法对于不同瞬变过程具有较好的自适应性,对天然气管网系统的水力瞬变分析具有较广泛的适用性。 【关键词】：天然气管网 瞬变流动 特征线法 惯性因子
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU996.6~2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 本课题研究的意义与目的9-11
• 1.3 国内外研究综述11-13
• 1.3.1 国外瞬变流研究的历史与现状11-12
• 1.3.2 国内瞬变流研究现状12-13
• 1.4 本课题主要研究的内容13-15
• 第2章 天然气管网流动基本理论15-25
• 2.1 基本假设15
• 2.2 流动基本方程式15-19
• 2.2.1 状态方程15-16
• 2.2.2 连续方程16-17
• 2.2.3 运动方程17-19
• 2.3 初始条件和边界条件19-22
• 2.3.1 初始条件19-20
• 2.3.2 边界条件20-22
• 2.4 压力分级与基本参数计算22-24
• 2.4.1 压力分级22
• 2.4.2 摩擦阻力系数的计算22-23
• 2.4.3 压缩因子的计算23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 天然气管网的稳态分析25-41
• 3.1 基本理论25-31
• 3.1.1 管网稳态水力计算公式25-26
• 3.1.2 摩阻计算公式26
• 3.1.3 有向线形图26-31
• 3.2 节点法稳态水力计算的步骤和程序流程31-33
• 3.2.1 节点法的计算步骤31
• 3.2.2 计算程序框图31-33
• 3.3 算例分析33-40
• 3.3.1 工程简介34-36
• 3.3.2 结果分析36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 天然气管网的水力瞬变分析41-68
• 4.1 瞬变分析的特征线法41-48
• 4.1.1 特征线的基本概念41-42
• 4.1.2 特征方程42-43
• 4.1.3 特征方程组的求解43-45
• 4.1.4 带插值的特征线法45-47
• 4.1.5 特征线法的程序流程47-48
• 4.2 带惯性因子的特征线法48-52
• 4.2.1 带惯性因子的基本方程48
• 4.2.2 基本方程的特征线解法48-49
• 4.2.3 惯性因子的物理意义与求解49-50
• 4.2.4 带惯性因子的特征线法程序框图50-52
• 4.3 算例分析52-67
• 4.3.1 算例分析152-54
• 4.3.2 算例分析254-61
• 4.3.3 算例分析361-67
• 4.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 攻读学位期间发表的学术论文73-75
• 致谢75

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