燃气长输管道动态模拟及末段储气研究

输气管道的发展方向是大管径、高压力、长距离和调峰要求高，迫切需要对输气管道不稳定流动进行研究。基于流体力学基本原理推导的连续性方程、动量方程、能量方程以及ＳＨＢＷＲ真实气体状态方程，建立了燃气长输管道不稳定流动数学模型，采用隐式中心有限差分法编制了该模型的通用数值计算程序，结合哈－－依燃气管道工程，将计算结果进行了整理、分析和验证，并在此基础上，对燃气长输管道末段储气量进行了研究。     

燃气长输管道动态模拟及未段储气研究

输气管道的发展方向是大管径、高压力、长距离和调峰要求高,迫切需要对输气管道不稳定流动进行研究。基于流体力学基本原理推导的连续性方程、动量方程、能量方程以及SHB-WR真实气体状态方程,建立了燃气长输管道不稳定流动数学模型,采用隐式中心有限差分法编制了该模型的通用数值计算程序,结合哈—依燃气管道工程,将计算结果进行了整理、分析和验证,并在此基础上,对燃气长输管道末段储气量进行了研究。     

长输管道水力瞬变仿真

根据各种管道边界的瞬变方程和管道水击的连锁Ａｌｌｉｅｖｉ方法，针对具有实际元器件和边界的长输管道的不稳定流动，设计了基于特征线差分解法的分析流程和仿真计算程序。利用长输管道水击数值计算所得线路上各节点的瞬态值进行Ｂ样条曲线拟合，实现了水力瞬变过程中线路水力坡降线及某些水力参数变化情况的图形输出 。     

含蜡热油管道稳态与瞬态的温降计算

含蜡热油管道在设计及实际运行过程中,油品密度、粘度、比热容沿程随温度变化,沿线流型与流态也不断变化,这些都是计算管道温降必须考虑的因素.从能量方程出发,计入析蜡潜热的影响,推导出管道沿线流量变化不大时的瞬态温度方程,并利用三特征线方法进行求解,提高了含蜡热油管道的计算精度,并为其设计计算及仿真软件的开发提供了理论依据.     

燃气管道非等温非稳态泄漏模型

估算燃气管道的泄漏率和泄漏压力,对分析和预测燃气泄漏事故的损失十分重要。通过对现有气体泄漏率计算模型的研究,应用计算流体力学理论,推导了燃气管道非等温非稳态泄漏率的计算方法。实例分析表明,当燃气管道泄漏口径较大或断裂时,该数学模型可以精确地计算气体的泄漏率。     

水砂射流冲蚀作用下临近燃气管道可靠性

为研究水砂射流冲蚀作用导致临近燃气管道的失效概率,分析了管材的临界应变与砂粒在管壁表面形成塑变脊的影响,推导出冲蚀磨损率预测方程。利用Fluent 软件模拟计算水管泄漏射流速度、冲蚀面积分布,并结合冲蚀磨损率预测方程构建冲蚀磨损速率方程。最后基于最小壁厚准则,建立了燃气管道失效概率的计算方法。研究结果表明:①通过临界间距判定分析,可获得不同水管内压、冲蚀时间下的临界间距;②增大水管内压、冲蚀时间、砂粒粒径,减少管道间距、管道壁厚均会导致燃气管道的失效概率增大,其中,管道间距对失效概率影响最为显著。研究结果可为失效场景定量风险评估以及水管与燃气管道并行敷设的间距设计提供参考。     

泵站进出口管道固定墩的推力计算

文章指出SYJ14-85“长输管线线路设计”中有关固定墩的计算公式不能用于泵站进出口管道固定墩的推力计算。在分析了泵站进出口管道固定墩的受力状况后,提出了简化计算模型,推导了管道的挠曲线方程及其中9个待定量的解析式,进而给出了该工况下固定墩的计算式。文末还列举了实例,编制了计算机程序,并用有限单元法验证了本公式的正确性。     

水力瞬变特征浅法和隐式差分法的对比分析

液体在长输管道内不稳定流动问题可以采用各种数值解法并借助计算机来进行处理，如特征线法、隐式差分法等。特征线法是广泛使用的数值方法，隐式差分法在液体长输管道不稳定流动问题分析中应用则比较少。分析了长输管道水力瞬变特征线法和隐式有限差分法的优缺点，并结合算例分析，指出隐式差分法适合于长输管道水力瞬变分析，计算误差 较小。     

液体输送管道瞬变流动分析

对由连续性方程、动量方程和能量方程构成的液体管道瞬变流动数学模型,采用特征线法进行求解,并用显式特征差分法得到了特征方程的差商方程,求出了瞬变流动时管道各个参数的解析解。对离心泵启动工况进行数值模拟的结果表明,所提出的模型处理方法切实可行。     

MacCormack算法在长输管道瞬变流动仿真中的应用

为了提高长输管道仿真精度和速率,基于MacCormack格式基本原理和流动方程建立了长输液体管道水力瞬变流动仿真模型。以某管道为例,分别采用该仿真算法和特征线法模拟了阀门关闭和流量增加引起的瞬变流动,并探讨了MacCormack格式中不同边界条件处理方法及Courant常数值对模拟结果的影响。结果表明:MacCormack格式可用于精确仿真长输管道瞬变流动过程,采用特征线法求解预估层边界参数后,其振荡幅度、收敛速度均优于特征线仿真方法;同时,采用特征线法处理MacCormack格式边界条件较线性外插法更易收敛。研究成果可为长输管道瞬变流动仿真提供参考。     

输气管道静态模拟及管道末段储气量计算

在对稳定流动理论分析的基础上，建立了较真实反映管内气体稳定流动的基本数学模型，该模型包括连续性方程、动量方程、能量方程和状态方程。采用四阶龙格-库塔法编制了该模型的通用数值计算程序，以陕甘宁至北京长输管道为例进行验证，并在此基础上，对稳定流动工况输气管道末段储气量进行了详细研究和计算。     

输油管道水力流态区域判别法的计算

以雷诺数形式给出的判别式,对水力计算的二、三类问题(Q或d未知)不能预先判明流体流动所属流态区域,计算时需试算或迭代。以推荐的石油工业部门常用的湍流区域界限为基础,对判别式做了推导或变形,并用最小二乘法拟合有关常数,由此得出的判别式对于管道水力计算的三类基本问题均能预先判明流态区域,不需试算。     

基于GaBP算法的快速潮流计算方法

研究在潮流迭代求解过程中雅可比矩阵方程组的迭代求解方法及其收敛性。首先利用PQ分解法进行潮流迭代求解,并针对求解过程中雅可比矩阵对称且对角占优的特性,对雅可比矩阵方程组采用高斯置信传播算法(GaBP)进行求解,再结合Steffensen加速迭代法以提高GaBP算法的收敛性。对IEEE118、IEEE300节点标准系统和两个波兰互联大规模电力系统进行仿真计算后结果表明：随着系统规模的增长,使用Steffensen加速迭代法进行加速的GaBP算法相对于基于不完全LU的预处理广义极小残余方法(GMRES)具有更好的收敛性,为大规模电力系统潮流计算的快速求解提供了一种新思路。     

湿天然气长输管道稳态分析

对湿天然气管道输送两相流动问题进行了研究。根据质量守恒、动量守恒和能量守恒等关系式,建立了湿天然气稳态计算模型,并根据计算模型进行了求解,结合算例给出了具体的说明。     

森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法

近年来国内森林生态系统服务功能研究较多,但应用价值不高,其科学性受到诸多质疑.从森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程以及其计量方法出发,对国内外研究动态和发展趋势进行了总结分析,重新审视森林水源涵养功能的研究意义,探讨森林水源涵养功能的多尺度特征.从森林水源涵养功能作用的空间尺度上看,其拦蓄洪水削减洪峰的功能仅在较小尺度上有效,而调节径流的功能只有当森林土壤的入渗量超过蒸散量时,才可能有更多地下水补给河道径流,进而增加旱季河道流量.同时森林水源涵养功能也具有明显的时间尺度特征,具体表现为在次降水事件中,由于蒸散发量较小,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量,在功能上表现为拦蓄降水;在长时间尺度上,由于林地蒸散要耗去大量水分,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量减去林地蒸散发量,在功能上表现为净化水质和调节径流.大多数研究仅对单一林分的个别层次蓄水功能进行研究,缺乏流域尺度或者更大空间尺度的森林水源涵养功能研究.建议从区域降尺度到流域或将坡面尺度上推到流域,集中在流域尺度解决森林水源涵养空间异质性将是解决森林水源涵养功能尺度外推的有效办法.就目前国内流行的森林水源涵养功能计量方法而言,其与尺度及研究目的有较大相关性,在研究中应根据研究目的、研究尺度和可获取的数据情况选择合适的计量方法.研究突出了不同尺度作用下森林水文过程的复杂性及重要性,并结合森林与水关系的争论问题,分析目前国内对森林水源涵养功能研究的一些误区,提出森林水源涵养功能研究的一些关键科学问题及未来可能的发展方向,主要包括:1)明确界定森林水源涵养功能的边界,探索森林水源涵养功能计量的新方法;2)加强不同时空尺度关联的森林水源涵养功能研究,包括正确评价森林水源涵养功能的时空变异规律,森林生态系统水源涵养功能的尺度效应,森林水源涵养与下游水生态安全,森林水源涵养研究范式转变等核心问题.     

ILU预处理Newton-Krylov方法的潮流计算

由于电力系统修正方程组具有高维、稀疏的特点，本文提出将预处理Krylov子空间方法应用于潮流修正方程组的求解，形成预处理Newton-Krylov的潮流计算方法。结合ILU预处理方法，比较了最常用的3类Newton-Krylov方法求解潮流方程的计算效果。通过对 IEEE30、IEEE118、IEEE300 和3个Poland大规模电力系统进行潮流计算，结果表明：3类Newton-Krylov方法是电力系统潮流计算的有效方法，呈现出良好的收敛特性和计算效率。     

油田地面集输管网优化计算研究

根据混输的模型方程并结合网络图论理论,对油气集输管网系统优化设计计算结果进行了分析,推导出了适用于管网系统的多相水力学计算的基本方程,该方程由节点连续性方程、环能量方程和两相流模型方程组成.建立了管网优化的数学模型,并给出了具体的算例.     

管道水力摩阻系数的计算

介绍了计算机水力摩阻系数λ的通用公式,在分析现有计算摩阻系数公式的基础上,借助于专门的过渡函数,求出了新的通用式。     

热油管道站间摩阻的数值计算

通过分析有流型流态改变时热输原油管道的热力特性和流动特性,将各加热站间的管路划分区间,对各个区间分别采用了不同的摩阻特性公式,应用数值积分方法进行站间摩阻损失计算,并且采用二分法来确定流态转变的临界温度,编制了计算程序,进行了实例计算.     

干线快速载断阀压降速率设定值的确定方法

根据输气管道安全的需要,对干线快速截断阀压降速率设定值的确定方法进行了研究.提出了用有限元方法解管道瞬态流动的偏微分方程组,并用稳态流和瞬态流相结合的方法来模拟管道发生泄漏时的流动状态,进而求得干线快速截断阀合适的压降速率设定值.给出了详细的算法和用所编制的工程软件计算的实例.