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燃气管网的稳态分析与模拟

作　者: 张勇
导　师: 何屏
学　校: 昆明理工大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 燃气管网节点法矩阵模拟计算
分类号: TU996
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 48次
引　用: 1次
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内容摘要

我国拥有着丰富的天然气资源,随着我国石油工业的不断发展,天然气及其他人工燃气的开发利用取得了长足的进展。天然气工业的发展不仅代表了我国能源结构,环境保护,城市基础设施建设发展水平,也充分体现了我国经济实力的增强和人民生活水平的提高。伴随着天然气工业的蓬勃发展,随之而来的就是天然气管网的运行管理,优化调度问题。这些问题的解决对保证安全合理的对用户供气,以及降低操作运行费用等都有着重大的意义。而这些问题,只有在运用了计算机模拟技术后才可以得到最大和最有效的解决。燃气管网的水力计算分析在燃气管网的设计、改造、扩建中有着特殊的意义。因此,正确的进行水力计算具有着十分的必要性。长期以来,燃气管网的平差多采用传统的手工平差算法,这种方法不仅对初始条件要求较高,同时计算复杂。本文通过对燃气管网的水力计算分析,以有限元节点法为主,同时辅以其他几种方法,介绍了燃气管网的计算机平差计算过程。有限元节点法采用了图论的方法分析管网结构,用矩阵的方法描述管网的各个属性间的关系。所以较之以前的平差方法更加清晰,简便。并且其对管网迭代初始条件要求不高,收敛速度快等特点也是十分具有优势的。本文在有限元节点法的基础上,建立了燃气管网稳态模拟计算的数学模型,编制了相应的仿真软件。并进行了试算,其计算结果非常理想。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 论文的研究背景  8-9
  1.2 计算机在燃气管网中的应用和国内外研究现状  9-13
    1.2.1 国外的研究动态、发展水平  10-11
    1.2.2 国内的研究动态、发展水平  11-13
  1.3 本论文研究的内容  13-14
第二章稳态水力计算模型的基础  14-30
  2.1 管网结构  14-15
    2.1.1 枝状管网  14
    2.1.2 环状管网  14-15
    2.1.3 枝状管网与环状管网的比较  15
  2.2 燃气的基本物性参数  15-16
    2.2.1 燃气平均密度的求解  15-16
    2.2.2 燃气运动粘度的求解  16
  2.3 管段流量的计算  16-20
    2.3.1 燃气分配管段计算流量的确定  16-18
    2.3.2 途泄流量的计算  18-20
  2.4 节点流量的计算  20
  2.5 数学基本方程  20-23
    2.5.1 不稳定流动基本方程  20-23
    2.5.2 稳定流动基本方程  23
  2.6 管段压降和附加压头  23-30
    2.6.1 沿程阻力损失  23-26
    2.6.2 局部阻力损失  26-28
    2.6.3 附加压头  28-30
第三章有限元节点法数学模型的形成  30-38
  3.1 节点关联矩阵  30-32
    3.1.1 节点关联矩阵的定义  30-31
    3.1.2 节点关联矩阵的形成  31-32
  3.2 管网回路矩阵  32-33
  3.3 克希荷夫定律  33-35
    3.3.1 节点流量方程  33-34
    3.3.2 压力回路方程  34-35
  3.4 有限元节点法数学模型的推导  35-38
    3.4.1 管段流量-压降方程的线性化及数学模型的形成  35-36
    3.4.2 Y矩阵的压缩存储  36-38
第四章稳态数学模型的求解  38-52
  4.1 初始迭代条件的确定  38-39
    4.1.1 初始雷诺数法  38
    4.1.2 流速取定法  38-39
    4.1.3 确定初始流量的其他方法  39
  4.2 数学模型的求解流程  39-41
  4.3 多气源管网的求解  41-43
    4.3.1 给定全部气源流量  41
    4.3.2 给定全部气源压力  41-42
    4.3.3 部分给定气源流量,部分给定气源压力  42-43
  4.4 有限元节点法求解的扩展  43-44
  4.5 数学模型的求解方法  44
    4.5.1 矩阵运算法  44
    4.5.2 乔列斯基分解法  44
  4.6 其他几种常见的稳态模拟数学模型  44-48
    4.6.1 环平衡法  44-46
    4.6.2 牛顿节点法  46-47
    4.6.3 解管段方程法  47
    4.6.4 各种稳态模拟方法的比较  47-48
  4.7 燃气管网稳态模拟存在的问题  48-52
    4.7.1 数据输入繁琐  48-49
    4.7.2 气体状态方程问题  49
    4.7.3 特定情况下计算收敛精度低  49
    4.7.4 虚平衡问题  49-50
    4.7.5 压缩机供气管网的计算问题  50-52
第五章水力计算程序的编制和算例分析  52-72
  5.1 仿真软件的编制和使用  52-64
    5.1.1 编程语言的选择  52-53
    5.1.2 数据库选用与编程  53-55
    5.1.3 模拟程序的编制  55-64
    5.1.4 仿真软件的功能  64
  5.2 低压燃气管网的计算举例  64-69
  5.3 高中压燃气管网的计算举例  69-72
第六章结论及展望  72-74
  6.1 结论  72
  6.2 有待解决和深化的问题  72-73
  6.3 对论文的展望  73-74
致谢  74-76
参考文献  76-80
附录(攻读学位期间发表论文及科研情况)  80

燃气管网的稳态分析与模拟

内容摘要

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