正常工况和泄漏工况下的管内天然气流动研究

依据物体运动普遍适用的守恒定律,建立了天然气流动基本控制方程.针对天然气管道正常工况,利用特征线法推导了基本控制方程对应的差分方程,给出正常工况瞬态下的天然气管道沿线压力和流量的计算方法.并且根据天然气流动的运动方程和能量方程,给出了正常工况稳态下的天然气管道沿线压力和温度分布;针对天然气管道泄漏工况,同样利用特征线法...     

天然气管道瞬态运行优化技术研究进展

由于长距离天然气管道输送需要依靠压缩机提供能量,而天然气管道的实际运行状态是不断变化的,稳态优化技术已无法满足管道的实际运行情况,瞬态优化技术应运而生。在满足用户需求的前提下,如何选择压缩机组合,制定最优运行方案,使压缩机能耗最低,是天然气管道运行管理的关键;因此研究天然气管道系统瞬态运行优化技术成为了管道输送至关重要的课题。为此,在调研大量文献的基础上,分别从目标函数、约束条件和优化变量三个方面总结了瞬态运行优化问题采用的数学模型及其特点和局限,分析了模型的主要算法、典型算例及其应用效果。最后根据天然气管道瞬态运行优化技术的发展趋势,提出以下建议:(1)进一步考虑管道元件和特殊工况对运行状态的影响,建立更贴近实际运行状态的数学模型;(2)后续的研究应注重结合不同的优化算法,提高求解效率,研究更具通用性的求解方法。     

天然气管道瞬变流动数值模拟新算法

针对管道中介质瞬变流动的非线性偏微分方程组难以解析求解的问题,由质量、动量、能量三个偏微分方程构成的控制方程组,应用TVD/Godunov混合算法数值模拟天然气管道中气体的瞬变流动,摒弃了传统的差分方法对动量方程非线性对流项的线性化处理,而直接处理非线性对流项,从而大大提高了算法的稳定性和管道瞬变流动的仿真精度。算法采用了时间分裂法描述不完全堵塞管道,没有作等温假设,进一步增进了数值模拟的精度与合理性,获得了理想精度的计算结果。     

热油管道非稳态工况传热与流动的耦合计算模型

在进行热油管道工艺计算和运行工况分析时,通常将热力非稳态工况近似按稳态处理,这使得计算结果与实际情况偏差很大,不能客观地反映实际工况。在充分考虑管内油流热力、水力耦合以及管内油流与管外介质耦合的基础上,提出了一个比较完整的非稳态工况传热与流动双层耦合模型。采用双特征线法求解管内油流参数,用有限单元法求解管外土壤温度场,并编制了相应的计算程序。利用该模型和英国ESI公司的管道模拟软件TLNET分别对所建立的几种热油管道非稳态工况进行了模拟计算。结果表明,该模型比较合理,可用于热油管道非稳态工况的计算。     

船用柴油机增压器喘振的计算与特性分析

为研究压气机喘振的特点和影响因素,在现有船用四冲程柴油机仿真模型基础上,对压气机系统的模型进行改进,建立可以预测压气机喘振动态特性的仿真模型,提出确定压气机非稳定工况特性曲线的方法.柴油机在变工况下压气机发生喘振的仿真计算表明:柴油机的进气流通面积减小会造成压气机喘振,流通面积越小,喘振周期越短;空气流经压气机的时间延迟会影响压气机喘振的振幅,但不会改变喘振的周期;柴油机进气管的容积对喘振的振幅无影响,但会改变喘振的周期.计算结果和实验数据基本吻合.     

热油管道非稳态工况传热与流动的耦合计算模型

在进行热油管道工艺计算和运行工况分析时，通常将热力非稳态工况近似按稳态处理，这使得计算结果与实际情况偏差很大，不能客观地反映实际工况。在充分考虑管内油流热力、水力耦合以及管内油流与管外介质耦合的基础上，提出了一个比较完整的非稳态工况传热与流动双层耦合模型。采用双特征线法求解管内油流参数，用有限单元法求解管外土壤温度场，并编制了相应的计算程序。利用该模型和英国ESI公司的管道模拟软件TINET分别对所建立的几种热油管道非稳态工况进行了模拟计算。结果表明，该模型比较合理，可用于热油管道非稳态工况的计算。     

基于混合数值方法的压气机离散噪声计算及分析

为快速估算轴流压气机离散噪声的远场声压级,采用计算流体力学(CFD)方法,对带有出口导流叶片的单级压气机进行非定常内流场数值研究,根据流场结果分析了压气机离散单音产生的位置和机理;在压气机瞬态CFD数据的基础上,运用计算航空声学(CAA)方法结合有限元/无限元技术对两个工况下的压气机噪声进行数值模拟,分析了近场/远场压气机离散噪声的辐射特性,并将模拟结果与实验值进行对比验证。数值模拟结果表明:混合数值计算方法计算结果与实验值基本相符合,可以用于压气机离散噪音的快速评估。     

变工况情形下离心式压气机无叶扩压器与蜗壳非轴对称流场的计算与分析

本文从径流式叶轮机械蜗壳的非轴对称流场原理出发,研究离心压气机蜗壳在变工况时非轴对称流场的特性.本文是“离心式压气机扩压器与蜗壳非轴对称流场的计算与分析”一文的继续.在本文中,进一步研宄了蜗壳舌部在变工况时对蜗壳非轴对称流场的显著影响.计算与实验结果表明,由于考虑了舌部的影响,使论文中提出的方法在相当大的变工况范围也能得出相当满意的结果,为研究压气机叶轮在变工况时的特性提供了依据.     

多级轴流式压气机平均模型级特性获取方法

针对压气机的级特性计算问题,提出轴流式压气机平均模型级特性的概念,并对经典的相似定律进行改进,使相似工况下各级进出口运动相似条件得到满足.在保证高转速工作区压气机特性计算误差最小化的前提下,采用最优化方法辨识平均模型级特性,结合相似模化的修正方法外推得到模型级完整特性图,进而采用逐级计算的方法重构出压气机完整特性图.新方法改进了传统外推方法,计及到空气密度变化差异和压气机转速对压气机特性的影响,充分利用已有的压气机特性数据并能够在特性线外推中更好地体现压气机自身特性.     

埋地天然气管道泄漏量计算与分析

为计算埋地天然气管道泄漏量,获得合理的埋地管道泄漏计算模型与埋地管道土中天然气吸收量,通过分析燃气管道泄漏的模型划分标准,建立等温与等熵模型计算小孔泄漏量。结合天然气管线泄漏强度的实验数据进行对比分析,得出了等熵与等温模型分别为实际小孔泄漏量的上下限;利用菲克定律推导埋地管道泄漏扩散浓度方程,并分析扩散范围,结合工程实例对泄漏量进行计算分析。研究结果表明,小孔泄漏孔径越小,处于爆炸浓度极限的时间越长,危险性越高。根据埋地管道周围土中各点天然气浓度分布规律,提出了土壤吸收量计算方法,改进了地面蒸气云泄漏质量计算方法,结合工程实例定量地给出了土壤的天然气吸收率。     

基于环形拓扑自适应差分进化算法优化神经网络的压气机流量特性预测

为提升轮机模拟器中柴油机非额定工况下的仿真精度,提出一种基于有限数据的混合方法来预测多工况下的压气机流量特性.该方法采用一种基于环形拓扑差分进化算法来优化三层前馈神经网络参数,利用有限的给定工况下的流量特性数据,预测压气机流量特性曲线.采用神经网络来拟合压气机流量特性的非线性映射关系,利用差分进化算法优化调整神经网络的...     

掺氢天然气管道的分层现象

将氢气掺入现役天然气管道中混输是实现氢气大规模、长距离、低成本储运的有效方法,然而随着氢气的掺入,在氢气-天然气密度差的作用下掺氢天然气会呈现体积分数非均匀分布,造成管道局部氢分压和体积分数升高,进而导致管材失效引起泄漏。为降低掺氢天然气管道的安全风险,采用计算流体动力学方法,建立掺氢天然气混合模型,模拟储气瓶静置、管道停输和管道流动工况的氢气体积分数变化,研究掺氢天然气体积分数分布规律。结果表明：掺氢天然气在储气瓶存储和管道停输等静置过程中,氢气逐渐上浮到顶部,甲烷下沉到底部,出现明显的分层现象,且随着压力、掺氢比增大,温度和管径减小,管道重力方向的氢气体积分数梯度增大;掺氢天然气管道以非常小的流速运行时,氢气随着流动逐渐向管道顶部偏移,出现分层现象,且在低温、高压下更易分层;掺氢天然气管道适宜低压高速运行。     

天然气输送用过滤分离设备性能测定与分析

采用高压管道粉尘在线检测装置对天然气站场内多管旋风分离器和过滤分离器进出口管道内颗粒物浓度和粒径分布进行测定,得到多管旋风分离器和过滤分离器的实际分离性能。现场测试结果与常压常温下过滤分离设备的性能测定结果对比表明:多管旋风分离器现场的分离效率与实验室测试结果相一致,常压常温工况下的性能测定数据可以作为评价高压实际工况运行的指标。过滤分离器现场测试结果与常压常温下测试结果存在差别,主要原因在于滤芯现场使用过程中,滤芯纤维失效会导致较大颗粒穿透,使过滤分离器效率下降。     

微压扰动下管道中气柱的自振频率

本文介绍一种用以计算微压扰动下管道中气柱自振频率的方法。试验结果表明,按此法计算结果的的差不大于3%。这种方法可用来计算内燃机或压气机进气管道中气柱的自振频率。     

天然气管道的疲劳可靠寿命计算

天然气管道在制造过程中，由于焊接工艺会产生各种缺陷及裂纹，在天然气波动压力作用下，裂纹会发生疲劳扩展，导致管道破裂及失效，其中以内表面裂纹的影响7较为严重，文章研究了天然气管道中的内表面裂纹沿管道径向扩展的问题，计算了含裂纹管道的疲劳寿命，另一方面考虑到裂纹尺寸、天然气压力及材料性质等参量都是具有不确定性的随机变量，因此还引入可靠性计算方法，通过分析与计算，确定了天然气管道的疲劳可靠寿命，研究结果对天然气管道的设计，运行及检修有一定工程实用价值。     

管道起伏对天然气温度分布的影响

根据能量和动量守恒原理,建立了体现非理想特性和高程变化影响的天然气管道输送热力计算模型.针对某气田实际运行的管道高程变化情况,计算了管道沿程压力和温度分布情况,结果表明,天然气温度在管道高程的峰处最低而在谷处最高,与水平管道相比,600m的高程变化会导致5℃的温度变化.     

改变几何参数对离心压气机特性的影响

离心压气机特性计算的目的是预估离心压气机在各种不同工况下的压比——流量曲线。本文所提出的计算方法是基于文献中介绍的半经验的叶轮损失模型以及作者提出无叶扩压器的环量计算方法,通过一个实例计算,并与试验进行比较,然后计算了不同几何参数的压气机特性。     

燃气轮机发电站天然气管道设计研究

本文针对燃气轮机电厂防止天然气管道发生泄漏产生爆炸等问题，结合国内外对天然气管道丰富的设计经验及相关规程对天然气埋地管道设计的有关观点和规定，提出在电厂对天然气管道布置走向、防止沉降、防腐处理、投运前试验等一系列关键设计要点，为保证天然气管道在各种工况下能安全稳定运行提供坚实的基础。     

穿江输油管道抗浮稳定最小埋深分析

穿江管道的最小埋深受到多方面因素的影响,如何确定最小埋深是穿江管道埋深设计中必须重视的关键问题.针对最小埋深传统算法的不足,提出了基于有限元的优化算法.该优化算法可综合考虑上覆土层厚度、河道行洪冲刷、地震荷载等因素的影响,得到的管道最小埋深更加符合工程实际情况.结合某实际的穿江管道工程,进行了2种计算方法的对比,分析了有限元优化算法的优越性.     

地形高程差对天然气输送管道工艺计算的影响

通过对气体稳定流动基本方程组进行解析求解,给出了考虑地形高程差影响的输气管道精确计算公式、简化计算公式和水平管计算公式.通过数值计算,研究了地形高程变化对天然气输送管道工艺计算的影响.结果表明,地形高程变化对管道压降计算的影响比较明显,而对管道直径和输气能力计算的影响不太明显,当高程差大于200m时,应该考虑高程差对天然气输送管道工艺计算的影响.结果为天然气输送管道设计的工艺计算提供了理论基础.