天然气管网的水力瞬变分析

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。