天然氣管網(wǎng)仿真方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種天然氣管網(wǎng)仿真方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)展天然氣工業(yè)是未來(lái)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的必然方向。管道是天然氣主要的輸送方式，干線(xiàn)管道、支線(xiàn)管道、城市輸配氣管道一起構(gòu)成了多層次的天然氣管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。未來(lái)的天然氣管網(wǎng)將朝著大口徑、大流量、高壓力等級(jí)的趨勢(shì)發(fā)展，管網(wǎng)的規(guī)模和復(fù)雜程度都隨之增加，如何形成資源多元、調(diào)運(yùn)靈活、安全穩(wěn)定的天然氣保障格局顯得極為重要。
[0003]其中，天然氣管網(wǎng)仿真是保障管道安全運(yùn)行不可或缺的技術(shù)。天然氣管網(wǎng)仿真主要是通過(guò)數(shù)值解法求解控制方程以得到管道內(nèi)部的流動(dòng)參數(shù)。目前天然氣管網(wǎng)的仿真方法主要包括以下過(guò)程:1)、管道網(wǎng)格劃分:將每個(gè)管道劃分成很多個(gè)小段，每個(gè)小段的起點(diǎn)和終點(diǎn)處為管道節(jié)點(diǎn)。2)、控制方程的離散:將每個(gè)小段的時(shí)間段劃分成很多個(gè)時(shí)刻，在每一個(gè)小段上，對(duì)天然氣管道中流動(dòng)和傳熱現(xiàn)象的非線(xiàn)性偏微分控制方程進(jìn)行線(xiàn)性化處理，使之在每一時(shí)刻上求解的時(shí)候變成一個(gè)線(xiàn)性方程，再將線(xiàn)性方程通過(guò)一定的離散格式離散成可以直接求解的代數(shù)方程。3)、補(bǔ)充邊界條件:對(duì)管網(wǎng)的外部邊界點(diǎn)寫(xiě)代數(shù)方程。4)、計(jì)算機(jī)求解:聯(lián)立上述所得到的代數(shù)方程，采用計(jì)算機(jī)求解。5)、結(jié)果展示:根據(jù)計(jì)算機(jī)求解的結(jié)果畫(huà)出曲線(xiàn)圖來(lái)描述和分析管道內(nèi)部的流動(dòng)參數(shù)。
[0004]然而現(xiàn)有技術(shù)中，管道網(wǎng)絡(luò)的劃分所依據(jù)的空間步長(zhǎng)，以及時(shí)刻的劃分所依據(jù)的時(shí)間步長(zhǎng)，是由工程人員預(yù)先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置的，在求解過(guò)程中，不會(huì)發(fā)生改變。這種劃分方式并不能很好反映天然氣管網(wǎng)真實(shí)的參數(shù)分布，例如:在參數(shù)隨空間變化劇烈的區(qū)域，如果網(wǎng)格比較稀疏，就不能很好地刻畫(huà)該局部區(qū)域的參數(shù)變化趨勢(shì)；如果在那些參數(shù)隨空間變化較為平緩的區(qū)域，網(wǎng)格設(shè)置的比較緊密，雖然保證了每次求解的一定精度，但在本可以用更少的節(jié)點(diǎn)描述參數(shù)變化的情況下，造成了計(jì)算機(jī)內(nèi)存資源和時(shí)間上的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種天然氣管網(wǎng)仿真方法和裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算機(jī)內(nèi)存資源和時(shí)間上的浪費(fèi)較多的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種天然氣管網(wǎng)仿真方法，包括:
[0007]獲取天然氣管網(wǎng)中天然氣流動(dòng)和傳熱的控制方程以及邊界條件方程，對(duì)所述控制方程和所述邊界條件方程進(jìn)行離散處理，得到相應(yīng)的代數(shù)方程，組成代數(shù)方程組；
[0008]按照預(yù)設(shè)的多個(gè)空間步長(zhǎng)分別對(duì)所述天然氣管道進(jìn)行劃分，得到多層的網(wǎng)格系統(tǒng)，相鄰的兩層網(wǎng)格系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的空間步長(zhǎng)之間成預(yù)設(shè)的倍數(shù)關(guān)系；
[0009]對(duì)第1-Ι個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的求解流動(dòng)參數(shù)值時(shí)未采用的網(wǎng)格點(diǎn)，利用所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)周?chē)木W(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值對(duì)所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值，確定所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值插值解；對(duì)第1-ι個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的求解流動(dòng)參數(shù)值時(shí)采用的網(wǎng)格點(diǎn)，利用所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)周?chē)木W(wǎng)格點(diǎn)的插值解或數(shù)值解對(duì)所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值，確定所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值插值解；比較所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的插值解和數(shù)值解，確定是否刪除所述第1-ι時(shí)刻的所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)或在第1-ι時(shí)刻的所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的周?chē)鎏硇碌木W(wǎng)格點(diǎn)，確定第i個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)，所述新的網(wǎng)格點(diǎn)從所述第1-1時(shí)刻的未采用的網(wǎng)格點(diǎn)中獲取到；其中，i多4 ;
[0010]根據(jù)第i個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的網(wǎng)格點(diǎn)，以及第i個(gè)時(shí)刻的時(shí)間步長(zhǎng)，對(duì)所述代數(shù)方程組進(jìn)行求解，確定第i個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中各網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值數(shù)值解；所述第i個(gè)時(shí)刻的時(shí)間步長(zhǎng)為根據(jù)第1-ι個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中各網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值數(shù)值解及時(shí)間步長(zhǎng)，以及第1-2個(gè)時(shí)刻和第1-3個(gè)時(shí)刻的流動(dòng)參數(shù)值數(shù)值解及時(shí)間步長(zhǎng)所確定的時(shí)間步長(zhǎng)。
[0011]進(jìn)一步地，所述獲取天然氣管網(wǎng)中天然氣流動(dòng)和傳熱的控制方程以及邊界條件方程，對(duì)所述控制方程和所述邊界條件方程進(jìn)行離散處理，得到相應(yīng)的代數(shù)方程，組成代數(shù)方程組之前，還包括:
[0012]獲取天然氣管網(wǎng)的管網(wǎng)信息；
[0013]根據(jù)所述管網(wǎng)信息確定初始空間步長(zhǎng)和初始時(shí)間步長(zhǎng)，根據(jù)所述初始空間步長(zhǎng)和初始時(shí)間步長(zhǎng)確定第一個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)和第二個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)；
[0014]所述按照預(yù)設(shè)的多個(gè)空間步長(zhǎng)分別對(duì)所述天然氣管道進(jìn)行劃分，得到多層的網(wǎng)格系統(tǒng)，相鄰的兩層網(wǎng)格系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的空間步長(zhǎng)之間成預(yù)設(shè)的倍數(shù)關(guān)系之后，還包括:
[0015]根據(jù)第一個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的網(wǎng)格點(diǎn)，以及第一個(gè)時(shí)刻的時(shí)間步長(zhǎng)，對(duì)所述代數(shù)方程組進(jìn)行求解，確定第一個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中各網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值數(shù)值解；
[0016]根據(jù)第二個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的網(wǎng)格點(diǎn)，以及第二個(gè)時(shí)刻的時(shí)間步長(zhǎng)，對(duì)所述代數(shù)方程組進(jìn)行求解，確定第二個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中各網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值數(shù)值解。
[0017]進(jìn)一步地，所述對(duì)第1-Ι個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的求解流動(dòng)參數(shù)值時(shí)未采用的網(wǎng)格點(diǎn)，利用所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)周?chē)木W(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值對(duì)所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值，確定所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值插值解，對(duì)第1-ι個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的求解流動(dòng)參數(shù)值時(shí)采用的網(wǎng)格點(diǎn)，利用所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)周?chē)木W(wǎng)格點(diǎn)的插值解或數(shù)值解對(duì)所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值，確定所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值插值解；比較所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的插值解和數(shù)值解，確定是否刪除所述第1-Ι時(shí)刻的所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)或在第1-1時(shí)刻的所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的周?chē)鎏硇碌木W(wǎng)格點(diǎn)，確定第i個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)，包括:
[0018]對(duì)第1-Ι個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的求解流動(dòng)參數(shù)值時(shí)未采用的網(wǎng)格點(diǎn)，利用所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)周?chē)木W(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值對(duì)所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值，確定所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值插值解；
[0019]對(duì)第1-Ι個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的求解流動(dòng)參數(shù)值時(shí)采用的網(wǎng)格點(diǎn)，利用所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)周?chē)木W(wǎng)格點(diǎn)的插值解或數(shù)值解對(duì)所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值，確定所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值插值解；
[0020]計(jì)算所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值插值解和數(shù)值解的差值絕對(duì)值；
[0021]在所述差值絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)系數(shù)與預(yù)設(shè)閾值的乘積時(shí)，刪除所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)；
[0022]在所述差值絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)系數(shù)與預(yù)設(shè)閾值的乘積，且小于所述預(yù)設(shè)閾值時(shí)，保留所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)；
[0023]在所述差值絕對(duì)值大于所述預(yù)設(shè)閾值時(shí)，保留所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)，在所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的周?chē)鎏硇碌木W(wǎng)格點(diǎn)，確定第i個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)；所述新的網(wǎng)格點(diǎn)從所述第1-1時(shí)刻的未采用的網(wǎng)格點(diǎn)中獲取到。
[0024]進(jìn)一步地，所述管網(wǎng)信息包括:天然氣的物性參數(shù)、天然氣管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、天然氣管網(wǎng)中各元件的參數(shù)和操作條件。
[0025]進(jìn)一步地，所述根據(jù)第i個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的網(wǎng)格點(diǎn)，以及第i個(gè)時(shí)刻的時(shí)間步長(zhǎng)，對(duì)所述代數(shù)方程組進(jìn)行求解，確定第i個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中各網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值數(shù)值解之后，還包括:
[0026]以可視化的形式顯示各個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值數(shù)值解。
[0027]本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種天然氣管網(wǎng)仿真裝置，包括:
[0028]獲取模塊，用于獲取天然氣管網(wǎng)中天然氣流動(dòng)和傳熱的控制方程以及邊界條件方程，對(duì)所述控制方程和所述邊界條件方程進(jìn)行離散處理，得到相應(yīng)的代數(shù)方程，組成代數(shù)方程組；
[0029]劃分模塊，用于按照預(yù)設(shè)的多個(gè)空間步長(zhǎng)分別對(duì)所述天然氣管道進(jìn)行劃分，得到多層的網(wǎng)格系統(tǒng)，相鄰的兩層網(wǎng)格系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的空間步長(zhǎng)之間成預(yù)設(shè)的倍數(shù)關(guān)系；
[0030]確定模塊，用于對(duì)第1-Ι個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的求解流動(dòng)參數(shù)值時(shí)未采用的網(wǎng)格點(diǎn)，利用所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)周?chē)木W(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值對(duì)所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值，確定所述未采用的網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值插值解；對(duì)第1-ι個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的求解流動(dòng)參數(shù)值時(shí)采用的網(wǎng)格點(diǎn)，利用所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)周?chē)木W(wǎng)格點(diǎn)的插值解或數(shù)值解對(duì)所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行插值，確定所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值插值解；比較所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的插值解和數(shù)值解，確定是否刪除所述第1-Ι時(shí)刻的所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)或在第1-1時(shí)刻的所述采用的網(wǎng)格點(diǎn)的周?chē)鎏硇碌木W(wǎng)格點(diǎn)，確定第i個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)，所述新的網(wǎng)格點(diǎn)從所述第1-Ι時(shí)刻的未采用的網(wǎng)格點(diǎn)中獲取到；其中，i^4；
[0031]求解模塊，用于根據(jù)第i個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中的網(wǎng)格點(diǎn)，以及第i個(gè)時(shí)刻的時(shí)間步長(zhǎng)，對(duì)所述代數(shù)方程組進(jìn)行求解，確定第i個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中各網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值數(shù)值解；所述第i個(gè)時(shí)刻的時(shí)間步長(zhǎng)為根據(jù)第1-ι個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格系統(tǒng)中各網(wǎng)格點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)值數(shù)值解及時(shí)間步長(zhǎng)，以及第1-2個(gè)時(shí)刻和第1-3個(gè)時(shí)刻的流動(dòng)參數(shù)值數(shù)值解及時(shí)間步長(zhǎng)所確定的時(shí)間步長(zhǎng)。
[0032]進(jìn)一步地，所述獲取模塊獲取天然氣管網(wǎng)中天然氣流動(dòng)和傳熱的控制方程以及邊界條件方程，對(duì)所述控制方程和所述邊界條件方程進(jìn)行離散處理，得到相應(yīng)