枝状高压天然气管网动态分析及软件开发

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1、分类号学号M201173252学校代码10487密级硕士学位论文枝状高压天然气管网动态分析及软件开发学位申请人：黄明学科专业：建筑与土木工程指导教师：刘文斌副教授管延文副教授答辩日期：2013.5.29AThesisSubmittedinfulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDynamicAnalysisandSoftwareDevelopmentofBranchedHigh-pressureNaturalGasPipelineNetworkCandidate:HuangMingMajor:Architec

2、turalandCivilEngineeringSupervisor:Assoc.Prof.LiuWenbinAssoc.Prof.GuanYanwenHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期

3、：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于 不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要由于枝状高压燃气管网中的气体水力参数是随着时间动态变化的，因此对非稳态条件下燃气管网的水力特征计算尤为重要。动态流动较复杂，一般

4、需要借助于计算机求解。本文正是基于此需要开发枝状高压天然气管网动态分析软件。文章先对本仿真课题做了非功能性的需求分析，紧接着立足于核心功能性需求分析进行了说明。以框图的形式介绍了本仿真系统的结构组成和功能模块，此外，开发了本系统的人机对话界面，以满足用户和系统之间的数据交换。文章利用图论知识，基于节点和管道关联矩阵A的生成方法，自动地实现了将管网的结构图用计算机语言的表达。用户使用时只需要输入管道编号和与管道相关联的起点节点、终点节点的编号，即可自动生成燃气管网。以流体的连续性方程、动量方程和状态方程为基础建立准确的管网仿真数学模型，并根据本系统的开发需求，提出了动态模型的简化方法，得到简

5、化的动态分析数学模型。对简化后的数学模型，采用隐式差分格式数值求解。该方法对时间步长要求不严格、稳定性好。并利用编程软件，以单根高压燃气管为例对该数学模型进行了误差分析。根据本仿真系统的开发需求，规定了系统的初始条件和边界条件，并给出了求解方法。综合应用初始条件、边界条件、高压管网燃气流动基本方程和隐式差分格式的抛物型动态模型，采用牛顿-拉夫森法求解节点流量平衡的非线性方程，并给出计算求解的流程图。接着以枝状管网为例，将本仿真系统计算出的数据和英国ESI公司开发的pipelinestudioforgastgnet软件计算出的数据进行对比分析，以证明本系统的精度和可靠性。文章最后论述了本仿真

6、系统在管道储气调峰和SCADA系统中的应用。关键词：燃气管网动态分析软件开发需求分析牛顿-拉夫森法I华中科技大学硕士学位论文AbstractDuetothefactthatvariousparametersofthegaspipenetworkischangingallthetime,itisparticularlyimportanttohydraulicanalysisunderthedynamicconditionofpipenetwork.Dynamicflowiscomparativelycomplicated,normallyneedcomputertosolveit.Thisd

7、issertationisbasedontheneedtodevelopdendritichigh-pressurenaturalgaspipelinenetworkdynamicanalysissoftware.Thisarticlefirstmakestherequirementanalysisaboutthisnon-functionalsimulatesubject,followingbyillustrating