基于集总参数模型的天然气管道动态仿真OA北大核心

为解决天然气管道仿真传统数值模型受管长离散尺寸约束,导致计算效率低的问题,采用Lanczos积分法对管道流动非线性偏微分方程积分,推导建立集总参数模型。针对模型中的时间常微分项,使用有限差分离散化及Newton-Raphson方法数值求解,实现管道流动动态仿真。与商业软件Pipeline Studio、有限差分和特征线方法相比较,数值研究了模型的仿真精度和速度。结果表明:集总参数模型的仿真压力和流量平均相对误差分别为0.04%和1.37%,仿真精度与有限差分方法相当,其仿真速度是有限差分方法的20.53倍;不同管道长度(5—400 km)和时间步长(1—30 min)条件下,模型均稳定收敛。由于受积分截断误差的影响,模型仿真精度随单根管道长度增加而下降。为保证仿真精度,模型存在适用单根管道长度上限。建立的集总参数模型,在满足仿真精度的同时,显著地提高了仿真速度。所得结论为将模型推广应用于大规模天然气管网提供理论基础和支撑。