论文题目: 燃气管网系统安全性及仿真的理论分析与应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 制冷及低温工程
作者: 张甫仁
导师: 杨昭
关键词: 燃气管网,危险性,泄漏,扩散,数学模型,有限差分法,仿真
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 燃气管网系统危险性分析及系统仿真,是目前燃气领域研究的重点和难点,而我国在这两方面的研究,尤其是在燃气管道泄漏及扩散危险性的研究远远落后于国外。因此本课题是国内亟待深入开展的一项前沿应用型课题。本文的主要研究内容如下:以故障树实统双析法对城市燃气管网系统危险源进行了辨识分析,建立了火灾爆炸事故故障树图,提出了基干枝叶链接法实现故障树的智能绘制和参数输入。提出了蒙特卡洛数值模拟方法,简化了传统故障树的复杂计算过程,且模拟结果与理论计算结果最大绝对误差不超过0.4%。在对相关参数进行讨论、分析的基础上,结合现有泄漏模型,建立了非等温条件下的稳态管道泄漏小孔、管道及大孔模型。依据动量和能量守恒方程,以大孔模型泄漏为研究对象,得出了高、低压管道泄漏均只可能有两种泄漏状态存在,而中压泄漏则可能有三种情况存在,从而完善了目前单纯的三状态和两状态模型。在稳态泄漏模型的基础上,以大孔模型为核心,建立了非等温非稳态泄漏的基本模型。通过应用分析,得到了各模型的大致适用范围。以燃气管网泄漏扩散的基础模型和湍流扩散微分方程为基础,结合其相应的初始及边界条件,利用格林函数对该微分方程组进行求解,从而建立了燃气管线动态泄漏扩散模型。以实例为基础,讨论分析了泄漏扩散所造成的各种危险范围。以三大守恒方程为基础,建立了等温和非等温条件下的燃气管网稳、动态仿真理论模型。并根据工程的精度要求,对模型进行了适当的简化。以有限差分法为基础,得到了上述模型的求解方法,通过加入耗散项,改进了求解结果的稳定性,并开发了燃气管网稳、动态仿真程序。通过对北京六环天然气管网进行了实际应用和分析,得到了出口压力和流量综合平均误差分别为1.21%和2.62%的仿真结果。本文以理论分析和计算机仿真为手段对燃气管网系统危险性及系统仿真进行了较为全面的分析和应用研究,所采用的方法和得出的结论可供燃气管网安全性研究及管网优化设计时参考。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 燃气管网系统安全性及系统仿真的研究及发展状况
1.2.1 燃气管网系统安全性
1.2.2 燃气管网系统仿真
1.3 燃气管网系统安全性及系统仿真研究存在的问题
1.3.1 燃气管网系统安全性研究存在的问题
1.3.2 燃气管网系统仿真研究存在的问题
1.4 本文的主要研究内容、方法及意义
1.4.1 主要研究内容和方法
1.4.2 本课题研究的意义
1.5 本章小结
第二章 燃气管网系统安全性分析
2.1 危险源辨识原理的基础研究
2.1.1 危险源辨识的目的、标准及依据
2.1.2 危险源辨识的方法
2.2 燃气管网火灾爆炸事故危险源辨识
2.2.1 危险源辨识
2.2.2 故障树的构造
2.3 燃气管网系统火灾爆炸事故危险性分析
2.3.1 专家评的模糊数处理
2.3.2 燃气火灾爆炸事故故障树图的智能绘制
2.3.3 传统故障树分析法
2.3.4 系统事故危险性的模糊故障树分析
2.3.5 系统事故危险性的模拟分析
2.4 工程应用
2.4.1 应用对象及数据
2.4.2 结果及分析
2.5 本章小结
第三章 燃气管网管道泄漏的理论分析与计算
3.1 管输燃气的重要性质
3.1.1 压缩因子的确定
3.1.2 摩擦系数的确定
3.2 燃气管道非等温泄漏模型的研究
3.2.1 变温环境管道热力分析
3.2.2 燃气管道非等温稳态泄漏模型的研究
3.2.3 燃气管道非等温非稳态泄漏模型的研究
3.3 典型情况分析
3.3.1 稳态情况
3.3.2 非稳态应用
3.4 本章小结
第四章 天然气管道泄漏扩散及危险性的理论分析与计算
4.1 天然气管道稳态及非稳态泄漏的基础研究
4.2 天然气泄漏扩散模型的基础研究
4.2.1 大气稳定度与扩散参数
4.2.2 湍流扩散的基础研究
4.2.3 天然气管道瞬时泄漏扩散模型的研究
4.2.4 天然气管道连续泄漏扩散模型的研究
4.2.5 天然气管道非稳态泄漏扩散模型的研究
4.3 燃气管道泄漏扩散的危险性研究
4.3.1 泄漏中毒事故的危险性分析
4.3.2 火灾爆炸事故的危险性分析
4.4 实例分析
4.4.1 实例条件
4.4.2 扩散模拟及影响因素灵敏度分析
4.4.3 各类事故危险范围分析
4.5 本章小结
第五章 天然气管网稳动态仿真的理论研究及应用
5.1 热力系统三大守恒方程的基础研究
5.1.1 连续性方程的建立
5.1.2 动量方程的建立
5.1.3 能量方程的建立
5.2 稳态等温及非等温仿真模型的建立
5.2.1 稳态管道非等温数学模型的建立及分析
5.2.2 稳态非管元件模型的建立及分析
5.3 动态等温及非等温仿真模型的建立
5.3.1 管道模型的建立及分析
5.3.2 非管元件模型的建立及分析
5.4 管网系统模拟分析
5.4.1 节点平衡方程
5.4.2 边界条件和初始条件
5.5 稳动态仿真数学模型的求解
5.5.1 现有方法的分析
5.5.2 数学模型求解方法的研究
5.6 天然气管网系统仿真程序的编制
5.7 工程应用及分析
5.8 本章小结
第六章 结论与建议
6.1 结论
6.2 本文的主要创新之处
6.3 对后续工作的建议
参考文献
攻读博士期间发表论文及参加科研情况说明
致谢
发布时间: 2006-05-24
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