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复杂输气管网系统的瞬变流仿真

作　者: 王永军
导　师: 何屏
学　校: 昆明理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 输气管网瞬变流动数学模型仿真 Visual Basic
分类号: TU996.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 77次
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内容摘要

随着国民经济的发展,燃气消费量日益增长,输气管网系统变得日趋庞大和复杂。然而,某些大用户开启或关闭都将导致管网系统中产生瞬变流现象,由瞬变流动而产生的水击压力波可能导致管段的强度破坏。为了保证输气管网运行的可靠性和安全性,就要求我们对输气管网进行更加深入和广泛的研究,需要我们在管网的设计、运行过程中,对输气管网进行瞬变计算仿真。瞬变流仿真的实际应用对于提高整个输气管网系统运行的可靠性和运行效率有着显著的指导意义,具有巨大的经济价值。目前,国内对瞬变流动的研究还不够深入,主要集中在输水管道和天然气管道这样的长输管道系统的研究上,研究对象也多为无管网元件(三通管、阀门等)的单一枝状或环状管网形式,而对同时包含枝状和环状管网且有管网元件的复杂输气管网系统的研究很少,也没有相应的仿真软件。鉴于当前的研究现状,本文以复杂输气管网系统为研究对象,对瞬变流动进行研究,取得的主要成果概括为如下几个方面：首先,根据输气管网的实际特点,确定了燃气物性和非物性参数的求解方法,确定了简化管网结构的方法,根据图论知识构建了复杂输气管网的拓扑结构。其次,基于流体力学基本原理推导出来的连续性方程、动量方程、能量方程和实际气体状态方程等基本方程建立了能精确地描述燃气管网瞬变流动的数学模型,通过方法比选,确定了数学模型的求解方法并对其进行了求解。然后,根据建立的复杂管网的拓扑结构,确定了管网瞬变流动计算仿真的初始条件的求解方法,同时确定了管网中常见的边界条件的处理方法。最后,根据确立的数学仿真模型及其求解过程,采用Visual Basic、Access、Excel2003混合编程技术编制了复杂输气管网系统的瞬变流计算仿真程序；利用实际工程计算结果对仿真程序进行验证,证明了该仿真程序对输气管网系统的瞬变流计算数据的可信性、合理性；对几种可能出现的瞬变流工况的仿真结果进行了分析；并结合仿真程序的输出功能讨论了复杂输气管网系统瞬变流计算仿真程序的应用前景。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 研究的目的和意义  10
  1.3 国内外研究状况  10-12
    1.3.1 国外研究状况  10-11
    1.3.2 国内研究状况  11-12
  1.4 本文的研究对象和内容  12-15
第二章输气管网系统结构模型及燃气参数  15-27
  2.1 燃气物性参数的确定  15-17
    2.1.1 燃气的平均温度  16
    2.1.2 燃气的平均密度  16
    2.1.3 燃气的运动粘度  16-17
  2.2 燃气非物性参数的确定  17-21
    2.2.1 压缩因子  17-18
    2.2.2 摩擦阻力系数  18-20
    2.2.3 声速  20-21
  2.3 输气管网系统结构模型的确定  21-26
    2.3.1 管网的基本结构  21-23
    2.3.2 管网结构理论  23-25
    2.3.3 简化管网结构模型的建立  25-26
  2.4 小结  26-27
第三章输气管网系统的瞬变流动模型与求解  27-39
  3.1 瞬变流动的基本方程  27-31
    3.1.1 连续性方程  27-28
    3.1.2 动量方程  28-29
    3.1.3 能量方程  29-31
    3.1.4 实际气体状态方程  31
  3.2 简化瞬变流动模型的建立  31-32
    3.2.1 瞬变流动模型的简化  31
    3.2.2 瞬变流动模型的建立  31-32
  3.3 瞬变流动模型的求解  32-38
    3.3.1 求解偏微分方程的方法  32-34
    3.3.2 特征线法求解瞬变流动数学模型  34-38
  3.4 小结  38-39
第四章输气管网系统的初始条件与边界条件  39-51
  4.1 瞬变流计算的初始条件  39-45
    4.1.1 管网节点压力和管段流量的确定  39-43
    4.1.2 初始压力及流速的分布  43-45
  4.2 瞬变流计算的边界条件  45-50
    4.2.1 管段始端  46
    4.2.2 管段终端  46-47
    4.2.3 阀门  47-49
    4.2.4 管段联结点  49-50
    4.2.5 压气机站  50
  4.3 小结  50-51
第五章仿真程序的开发  51-67
  5.1 仿真计算思路  51-53
  5.2 仿真程序的功能特点  53
  5.3 仿真程序的编制  53-56
    5.3.1 编程语言  53
    5.3.2 界面设计  53-54
    5.3.3 数据输入输出的实现  54-55
    5.3.4 管网拓扑结构的生成  55
    5.3.5 图形和表格输出功能的实现  55-56
  5.4 仿真程序的使用操作  56-66
    5.4.1 管网示意图绘制  56-57
    5.4.2 管网数据和稳态工作参数输入  57-62
    5.4.3 瞬变工作状态和边界条件输入  62-63
    5.4.4 瞬变模拟计算结果查询  63-66
  5.5 小结  66-67
第六章仿真计算结果及分析  67-83
  6.1 实例验证  67-75
    6.1.1 管网系统的模拟条件  67-70
    6.1.2 模拟结果对比  70-74
    6.1.3 结果讨论与分析  74-75
    6.1.4 验证结论  75
  6.2 几种瞬变工况的仿真  75-81
    6.2.1 工况1  76-78
    6.2.2 工况2  78-79
    6.2.3 工况3  79-81
  6.3 瞬变流仿真的应用前景  81-82
    6.3.1 水力坡降线的输出  81
    6.3.2 提供潮流计算结果  81-82
    6.3.3 优化运行方案  82
    6.3.4 分析管网事故工况  82
    6.3.5 分析管网中用户间的相互影响  82
  6.4 小结  82-83
第七章结论及展望  83-85
  7.1 结论  83
  7.2 展望  83-85
致谢  85-86
参考文献  86-89
附录A 攻读学位期间发表论文及科研情况  89-90
附录B 国内某钢铁厂典型煤气管网系统图  90-91
附录C CCPP突然跳闸后各节点的压力变化趋势  91-93
附录D 管网系统重新达到稳定状态的压力波动图  93-94

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