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深入研究了摩擦阻力系数对燃气管网水力计算收敛性影响,对大管径或小流量情况下迭代过程不收敛或收敛速度慢的问题进行了分析,并提出解决方案,通过采用柯列勃洛克公式计算摩擦阻力系数λ、小流量管道判据和精度控制准则等方法,有效地解决了大管径或小流量情况下迭代过程不收敛或收敛速度慢的问题,从而大大减小了燃气管网水力计算的工作量,提高了计算精度和迭代速度,并利用自行开发的燃气管网水力计算程序进行了仿真研究。
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倡 栘
第 43 卷 第 6 期
2012 年 11 月
太 原 理 工 大 学 学 报
JOURNAL OF TAIYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vol .43 No .6 u
Nov . 2012
文章编号 :1007‐9432(2012)06‐0‐0
管 网 水 力 计 算 收 敛 性 的 研 究 及 优 化
肖 蕾
1
,肖 嵩
2
(1畅 广东技术师范学院 自动化学院 ,广东 广州 510635 ;2 .武汉市天然气有限公司 技术策划部 ,湖北 武汉 430020)
摘 要 :深入研究了摩擦阻力系数对燃气管网水力计算收敛性影响 ,对大管径或小流量情况下
迭代过程不收敛或收敛速度慢的问题进行了分析 ,并提出解决方案 ,通过采用柯列勃洛克公式计算
摩擦阻力系数 λ 、小流量管道判据和精度控制准则等方法 ,有效地解决了大管径或小流量情况下迭
代过程不收敛或收敛速度慢的问题 ,从而大大减小了燃气管网水力计算的工作量 ,提高了计算精
度和迭代速度 ,并利用自行开发的燃气管网水力计算程序进行了仿真研究 。
关键词 :水力计算 ;摩擦阻力系数燃 ;气管网 ;收敛性
中图分类号 : 文献标识码 :A
随着我国城市燃气事业的迅猛发展 ,燃气管网
规模也不断增大 ,其结构也越来越复杂
[1‐3]
。 在管
网的新建和扩建中 ,准确 、迅速的燃气管网水力计算
是实现高质量的管网设计 、施工以及运行调度的必
要条件 ,因此燃气管网水力计算已经成为城市燃气
管网设计中的一项重要工作
[4‐7]
。
经过多年的研究实践 ,国内已形成了许多较为
成熟的稳态燃气管网的计算方法和程序 。 然而 ,目
前存在的大多数水力计算程序普遍存在一个显著问
题 :在燃气管网水力计算过程中 ,当某管段的管径过
大或流量过小时 ,迭代过程存在不收敛或收敛速度
慢的现象 ,极大影响水力计算的准确性 。 本文对大
管径或小流量情况下迭代过程不收敛或收敛速度慢
的问题进行了研究 ,分析了管道摩擦阻力系数对燃
气管网水力计算收敛性影响 ,提出了解决方案 ,能够
大大减小了燃气管网水力计算的工作量 ,提高了计
算精度和迭代速度 ,并利用自行开发的燃气管网水
力计算程序进行了仿真研究 。
1 管道摩擦阻力数学模型
众所周知 ,影响水力计算精度的一个主要因素
是管道摩擦阻力系数 。 在水力计算过程中 ,妥善处
理好这个参数 ,对计算结果的正确性及其精度至关
重要 ,此外 ,摩擦阻力系数还影响着迭代运算的时间
和收敛性 。 目前 ,大部分水力计算软件在研制过程
中已经注 意到 上 述 问 题 ,它 们 普 遍 采 用 1998 版
GB50028 一 93枟城镇燃气设计规范枠(以下简称旧规
范)中管道摩擦阻力计算公式或者枟燃气设计手册枠
推荐的谢维列夫公式 ,根据流态选择相应的摩擦阻
力系数计算公式进行管网水力计算 ,能够在一定程
度上保证计算结果的正确性与精确度 ,但是普遍存
在一个显著问题 :在燃气管网水力计算过程中 ,当某
管段的管径过大或流量过小时 ,迭代过程存在不收
敛或收敛速度慢的现象 ,极大影响水力计算速度和
准确性 。
现有燃气管网水力计算软件普遍采用的旧规范
摩擦阻力系数
λ
计算公式和谢维列夫公式 ,在层流
区与临界区 、临界区与湍流区 、光滑区与过渡区 、过
渡区与阻力平方区的分解点 ,摩擦阻力系数 λ 是不
连续的 ,存在一定的误差 ,误差范围在 3% ~ 70% 之
间 。 在管网水力计算迭代过程中 ,雷诺数在分解点
两测振荡 ,则产生迭代值也处于振荡状态 ,这是造成
当燃气管网中的某些管段的管径过大或流量过小
时 ,用数值迭代法进行管网水力计算存在不收敛或
收敛精度低的主要原因
[6]
。
由于谢维列夫公式均为显函数公式 ,方便手算 ,
工程技术人员多采用该公式进行水力计算 。 许多专
家与学者在燃气管网模拟仿真方面也做了许多有益
的工作
[8‐11]
,本文的仿真实验软件是在前人研究的
基础上自行开发
[12‐15 ]
。 现以某大城市中压管网为
倡
收稿日期 :2012‐‐
基金项目 :
作者简介 :肖蕾(1974 - ) ,男 ,安徽省安庆市人 ,博士 ,副教授 ,主要从事自适应控制 、自组织控制 、电力系统自动化和网络控制方面 的研
究 ,(Tel)
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