天然氣管網(wǎng)特征線法動(dòng)態(tài)仿真分析

【摘要】：天然氣與煤炭、石油等能源相比,具有無(wú)廢渣廢水、熱值高、安全性好、清潔度高等優(yōu)勢(shì),所以在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的時(shí)代背景下,天然氣的使用備受青睞。管道作為天然氣的主要運(yùn)輸方式,正朝著長(zhǎng)距離、大口徑、高壓力和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展,逐漸形成了大型、復(fù)雜的供氣系統(tǒng)。由于天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)日趨大型化和復(fù)雜化,增加了人們準(zhǔn)確了解和掌握其運(yùn)行規(guī)律的難度,限制了天然氣管網(wǎng)優(yōu)化方案的制定,使對(duì)天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)突發(fā)工況的分析和處理變得更加困難,并嚴(yán)重阻礙了天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的合理規(guī)劃設(shè)計(jì)、安全調(diào)度管理以及精確操作控制。所以,為了準(zhǔn)確研究大型復(fù)雜天然氣管網(wǎng)系統(tǒng),天然氣管網(wǎng)仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它揭示了在不同設(shè)計(jì)、調(diào)度和操作方案下,天然氣管網(wǎng)內(nèi)的流動(dòng)工藝和水力、熱力分布,描述不同操作、變化和事故條件下的水力、熱力變化趨勢(shì)和過程,是天然氣管網(wǎng)實(shí)施各種決策方案的支撐技術(shù)。因此,本文的研究對(duì)天然氣管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、有效管理、合理調(diào)度、可靠運(yùn)行具有重要意義。本文調(diào)研了大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn),緊跟國(guó)內(nèi)外天然氣管網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真的研究成果,對(duì)天然氣管網(wǎng)特征線法動(dòng)態(tài)仿真進(jìn)行了分析。首先,針對(duì)目前天然氣管網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真過程中忽略對(duì)流項(xiàng)、慣性項(xiàng)和中立項(xiàng)等問題,本文基于適用任意流體的連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程,結(jié)合真實(shí)氣體的狀態(tài)方程以及焓方程,建立了具有普遍適用性的天然氣管道動(dòng)態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型;其次,采用BWRS氣體狀態(tài)方程,通過拋物線法迭代求解,大幅度提高了氣體狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算速度和精度,并編制了氣體物性包程序,為管網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算奠定了基礎(chǔ);選取適用范圍廣、精度高的Colebrook公式,并采用弦截法計(jì)算管道摩阻系數(shù),將摩阻系數(shù)與管道流量關(guān)聯(lián)起來,從而減小了摩阻系數(shù)因定值輸入產(chǎn)生的誤差;再次,引入黎曼不變量n和m,以及微分算子S、M和N,建立了天然氣管網(wǎng)特征線法動(dòng)態(tài)仿真狀態(tài)空間模型,并結(jié)合初始條件和邊界條件,通過逆步進(jìn)法和線性內(nèi)插值法對(duì)管網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真模型進(jìn)行求解,使得求解過程的實(shí)現(xiàn)更加便利;最后,以C++Builder XE6.0為開發(fā)平臺(tái),采用C++語(yǔ)言對(duì)天然氣管網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真過程進(jìn)行編程,并通過天然氣管網(wǎng)實(shí)例檢驗(yàn)本文提出的特征線法動(dòng)態(tài)仿真分析的可行性。結(jié)果證明了特征線法動(dòng)態(tài)仿真具有良好的仿真效果,可以為天然氣管網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、調(diào)度、控制和管理等各個(gè)層次的應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：天然氣管網(wǎng) 動(dòng)態(tài)仿真 特征線法 程序設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE832
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-20
• 1.1 選題背景9-12
• 1.2 研究的目的及意義12-13
• 1.2.1 目的12
• 1.2.2 意義12-13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-19
• 1.3.1 天然氣管網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真軟件現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 天然氣管道流動(dòng)模型研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.3 天然氣管道動(dòng)態(tài)仿真模型求解現(xiàn)狀16-19
• 1.4 研究?jī)?nèi)容19-20
• 第二章 天然氣管網(wǎng)仿真基本關(guān)系式20-45
• 2.1 基本假設(shè)20
• 2.2 管道流動(dòng)基本關(guān)系式20-26
• 2.2.1 連續(xù)性方程20-22
• 2.2.2 動(dòng)量方程22-23
• 2.2.3 能量方程23-26
• 2.2.4 管道流動(dòng)基本關(guān)系式26
• 2.3 天然氣的相關(guān)物性計(jì)算26-34
• 2.3.1 氣體狀態(tài)方程26-29
• 2.3.2 氣體的密度29-31
• 2.3.3 氣體的壓縮因子31
• 2.3.4 氣體的粘度31-32
• 2.3.5 氣體的比熱32-33
• 2.3.6 氣體的焓33
• 2.3.7 氣體的熵33-34
• 2.4 摩阻系數(shù)的計(jì)算34-38
• 2.4.1 摩阻系數(shù)計(jì)算公式介紹34-36
• 2.4.2 摩阻系數(shù)計(jì)算36-38
• 2.5 氣體物性求解實(shí)例38-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 第三章 天然氣管網(wǎng)特征線法動(dòng)態(tài)仿真分析45-66
• 3.1 引言45
• 3.2 天然氣管道不定常流動(dòng)控制方程、特征線方程以及黎曼不變量45-49
• 3.2.1 控制方程45-47
• 3.2.2 特征線方程和相容關(guān)系47-49
• 3.2.3 特征線和黎曼不變量49
• 3.3 特征線方程的建立49-53
• 3.4 特征線法狀態(tài)空間模型的建立53-55
• 3.5 網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)值求解55-60
• 3.5.1 內(nèi)部網(wǎng)格點(diǎn)求解56-58
• 3.5.2 邊界網(wǎng)格點(diǎn)求解58-60
• 3.6 初始條件和邊界條件60-64
• 3.6.1 初始條件60-61
• 3.6.2 邊界條件61-64
• 3.7 管道動(dòng)態(tài)特性狀態(tài)空間模型64-65
• 3.8 本章小結(jié)65-66
• 第四章 特征線法動(dòng)態(tài)仿真求解過程及程序設(shè)計(jì)66-69
• 4.1 特征線法動(dòng)態(tài)仿真求解過程66-67
• 4.2 程序設(shè)計(jì)67-69
• 4.2.1 程序的功能模塊67
• 4.2.2 程序設(shè)計(jì)流程圖67-69
• 第五章 實(shí)例應(yīng)用69-85
• 5.1 實(shí)例管網(wǎng)概述69-73
• 5.1.1 管網(wǎng)概況69
• 5.1.2 氣源組分69-70
• 5.1.3 管網(wǎng)參數(shù)70-73
• 5.2 實(shí)例應(yīng)用73-84
• 5.2.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理73
• 5.2.2 初始條件計(jì)算（靜態(tài)仿真）73-74
• 5.2.3 邊界條件74-76
• 5.2.4 運(yùn)行結(jié)果分析76-84
• 5.3 本章小結(jié)84-85
• 第六章 結(jié)論與建議85-87
• 6.1 結(jié)論85-86
• 6.2 建議86-87
• 附錄87-90
• 附錄一：通用常數(shù)AI和BI的值87
• 附錄二：?jiǎn)我唤M分在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的主要特性值87-88
• 附錄三：BWRS模型中的二元交互作用系數(shù) K_(ij)(K_(ij) =K_(ij)88-89
• 附錄四：計(jì)算常數(shù)表89-90
• 致謝90-91
• 參考文獻(xiàn)91-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況94-95

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優(yōu)化算法在天然氣管網(wǎng)運(yùn)行中的應(yīng)用    楊毅;李長(zhǎng)俊;

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試論城市天然氣管網(wǎng)選材    孫永喜;鄒興;湯偉喜;

北京市天然氣管網(wǎng)地質(zhì)災(zāi)害防范措施的研究    杜學(xué)平;劉蓉;劉燕;支曉曄;

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基于GIS的石油天然氣管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用    張仲橋;

多管齊下 突出事故預(yù)防 控制風(fēng)險(xiǎn) 提高本質(zhì)安全    

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加強(qiáng)天然氣管網(wǎng)建設(shè)勢(shì)在必行    賀春祿

天然氣管網(wǎng)改革面臨兩難抉擇    本報(bào)記者 王穎春

應(yīng)盡快建立全國(guó)統(tǒng)一天然氣管網(wǎng)    本報(bào)記者 仝曉波

濟(jì)南天然氣管網(wǎng)改革重組運(yùn)轉(zhuǎn)良好    李素珍

稷山縣城天然氣管網(wǎng)工程開工    記者 盧志峰通訊員 薛建登 張金虎

大港油田天然氣管網(wǎng)管理有了“千里眼”    記者　劉國(guó)安 通訊員　張靜

吐哈油田天然氣管網(wǎng)改造設(shè)計(jì)完成    記者 許忠特約記者 趙宏 通訊員 邱淑媛

市區(qū)天然氣管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全覆蓋    本報(bào)記者 楊楠

海西天然氣管網(wǎng)二期工程開工    黃西雷　郭永生

高壓天然氣管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬與壅塞流動(dòng)特性研究    劉慶堂

大型天然氣管網(wǎng)仿真計(jì)算引擎的研究與實(shí)現(xiàn)    鄭建國(guó)

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關(guān)于城市天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法研究    杜曉春

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