天然氣管輸系統(tǒng)快瞬變流動(dòng)特性研究.pdf

1、我國(guó)天然氣管輸系統(tǒng)正向著大型化、連續(xù)化、管網(wǎng)化的方向發(fā)展,輸送過(guò)程日益龐大和復(fù)雜,由于管輸系統(tǒng)是密閉水動(dòng)力系統(tǒng),各環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系,相互影響和制約,每一環(huán)節(jié)的工況變化將影響整個(gè)系統(tǒng),壓縮機(jī)開(kāi)關(guān)、切斷閥緊急關(guān)閉、管線泄漏或斷裂以及管線堵塞等特殊工況的出現(xiàn)使得人們更難于了解和掌握管道系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律,論證和提出合理的設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行方案,這就要求對(duì)以上操作所引起的管輸系統(tǒng)內(nèi)的快瞬變流動(dòng)進(jìn)行更加深入和廣泛的研究,因此本選題對(duì)于促進(jìn)我國(guó)大型輸氣管網(wǎng)的建

2、設(shè)和運(yùn)行管理具有重要意義。
　　 本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方式開(kāi)展天然氣管輸系統(tǒng)快瞬變流動(dòng)特性的研究。
　　 首先,建立了以質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒定律為基礎(chǔ)的描述剛性管道內(nèi)一維氣體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,并利用節(jié)點(diǎn)一節(jié)點(diǎn)表示法和節(jié)點(diǎn).支管表示法相結(jié)合的組合表示法對(duì)管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行描述,建立了天然氣管輸快瞬變流的管網(wǎng)模型。采用特征線法和逆步進(jìn)法相結(jié)合的方法對(duì)模型進(jìn)行了差分求解,將龍格庫(kù)塔法和隱式有限差分法相結(jié)合進(jìn)行預(yù)仿真,

3、以所得慢瞬變流動(dòng)狀態(tài)作為快瞬變流動(dòng)數(shù)值模擬的初始條件。用C&C++對(duì)所建立的模型和算法進(jìn)行編程,將模擬結(jié)果與經(jīng)典文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)比完成模型和算法的驗(yàn)證。
　　 其次,分析可能對(duì)天然氣管輸系統(tǒng)快瞬變流動(dòng)數(shù)值模擬精度產(chǎn)生影響的參數(shù),并以基礎(chǔ)變量選取、傳熱項(xiàng)處理和狀態(tài)方程選擇為例,將數(shù)值模擬與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,研究模型處理對(duì)輸氣管道快瞬變流動(dòng)數(shù)值模擬的敏感性,從模型細(xì)節(jié)處理的角度提高快瞬變流動(dòng)模擬的精度,分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程對(duì)方程中非獨(dú)

4、立變量的選擇相對(duì)不敏感,其中Phω模型精度較高,運(yùn)行時(shí)間稍短,建議實(shí)際應(yīng)用時(shí)考慮采用以Phω為基礎(chǔ)參數(shù)的模型。建立了可描述地層蓄熱效應(yīng)的天然氣管流與外界地層之間—維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)傳熱模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn)不考慮地層蓄熱效應(yīng)的穩(wěn)態(tài)傳熱模型高估了管線中流量的波動(dòng)幅度,工程應(yīng)用中應(yīng)該盡量采用非穩(wěn)態(tài)傳熱模型對(duì)高壓天然氣管流進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。
　　 再次,對(duì)壓縮機(jī)啟停工況和閥門(mén)緊急開(kāi)關(guān)工況下的快瞬變流動(dòng)進(jìn)行了模擬研究,采用綜合了黑箱算法和熱力算法的優(yōu)點(diǎn)

5、的新方法求解壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行工況,在此基礎(chǔ)上提出壓縮機(jī)啟停動(dòng)態(tài)過(guò)程的近似處理方法,建立了完整的壓縮機(jī)啟、停、運(yùn)行工況模型,建立了描述閥門(mén)開(kāi)度、開(kāi)關(guān)速度、流量和壓降等參數(shù)關(guān)系的閥門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性模型,然后在特征線法邊界處理的基礎(chǔ)上,給定壓縮機(jī)和閥門(mén)實(shí)際運(yùn)行工況的邊界條件,以預(yù)仿真結(jié)果為初始條件,對(duì)壓縮機(jī)啟停和閥門(mén)緊急開(kāi)關(guān)過(guò)程中管輸系統(tǒng)快瞬變流動(dòng)參數(shù)的變化進(jìn)行了模擬研究,得到了壓縮機(jī)啟停過(guò)程與閥門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中管道沿線運(yùn)行參數(shù)的變化規(guī)律。
　

6、　 最后,采用等效管徑法將管道斷裂和堵塞工況統(tǒng)一描述為管道變徑問(wèn)題,分別建立包含壅塞流動(dòng)處理的管道破裂模型和管道堵塞模型,根據(jù)工程實(shí)際給出兩模型各邊界的處理方法,采用特征線法分別對(duì)管道破裂和管道堵塞工況下的快瞬變流動(dòng)進(jìn)行了模擬研究,得到了斷裂和堵塞工況下管道沿線參數(shù)的變化規(guī)律。
　　 本課題揭示了多種快瞬變流動(dòng)工況下天然氣管輸系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的變化規(guī)律,為管輸系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)的調(diào)控管理提供準(zhǔn)確、迅速的管道工況分析手段奠定了基礎(chǔ),對(duì)提高