管網水力計算
一.功能及特點
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計算枝狀燃氣管網的水力工況。可計算任意復雜度的枝狀管網。
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計算環(huán)狀燃氣管網的水力工況。可計算多氣源，多壓力的環(huán)狀管網。
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計算速度快。采用了先進的計算核心，計算100個節(jié)點的復雜管網只需5秒。
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結果輸出全面，明確。輸出的所有壓力（中，低壓管網）均為kPa表壓，用戶無須再進行轉換，且用戶可以將結果另存或打印。
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可從CAD直接導入數(shù)據(jù)，可按兩種方式導出CAD計算圖。
二.使用介紹
本計算表由最上面是基本參數(shù)設置，中間是計算表，下面是一些功能按鈕。
1.基本參數(shù)設置
當基本數(shù)據(jù)表沒選擇“輸入輸出”表時，基本參數(shù)設置一些燃氣性質等參數(shù)；運動粘度、燃氣密度按實際情況填寫，具體請到混合氣體計算模塊根據(jù)當?shù)貧赓|情況計算，一般情況下，運動粘度天然氣是14.1，液化氣是3.2；密度天然氣是0.75，液化氣是2.35左右；設計溫度按實際情況填寫；鋼管的當量絕對粗糙度一般是0.2，PE管一般是0.01；局部阻力比例系數(shù)一般按照0.05~0.1填寫；
收斂限值是程序迭代時的收斂依據(jù)，計算時，當最大誤差小于收斂限值時，程序認為計算完成。一般設置為0.01，初算為了加快計算速度，可設置大一點，但是不能大于等于1，可設置為0.99。流速上下限是結果分析用的，超過上限的管段流速將以紅色表示，低于流速下限的管段流速將以綠色表示。
當基本數(shù)據(jù)表選擇了“輸入輸出”表時，基本參數(shù)設置一些CAD輸入輸出的參數(shù)；
節(jié)點輸出樣式Q/P表示上面顯示流量，下面顯示壓力。管段輸出樣式 DN-L/Q-EP 表示上面顯示為管徑-管長，下面顯示流量-管段壓降。
輸出文字高度、節(jié)點圓圈半徑、節(jié)點網格間距根據(jù)實際情況的圖紙比例設置，可以先按默認值輸出，根據(jù)效果再調整。
讀CAD數(shù)據(jù)時節(jié)點手動編號是為了輸入時方便手動改編號設置的，一般情況程序會自動給節(jié)點編號，如果想自己手動編號，請勾上這個選擇框，手動編上節(jié)點編號。不推薦手動編號，因為手動編號可能出錯或者遺漏?？梢韵赛c主程序界面的讀取CAD數(shù)據(jù)，這樣程序會給節(jié)點編號，然后對個別節(jié)點手動修改，避免出錯。
管段標注時管徑替代這個功能是為了輸出計算圖美觀設計的，計算的時候，管徑一般輸入內徑，輸出的計算圖用外徑看著直觀。替代管徑在結果分析右側設置。
節(jié)點標注帶箭頭和管段標注箭頭居中根據(jù)個人愛好設置。
2.水力計算表
本程序中的水力計算由“基本數(shù)據(jù)”，“管段數(shù)據(jù)”，“結果分析”和“輸入輸出”四個表格組成。 藍色部分是程序計算結果，白色是輸入區(qū)域，雙擊可輸入數(shù)據(jù)。
2.1“基本數(shù)據(jù)”表
該表中可輸入水力計算所必須的燃氣性質，管道性質，管網集中流量和區(qū)域途瀉流量。
節(jié)點：可以是燃氣輸配系統(tǒng)中任何一點，如氣源點、用氣點、管道分支點、管道轉向點或管道上任意一點。應用節(jié)點法作水力計算時，理論上編制的節(jié)點越多，計算越準確，但同時數(shù)據(jù)輸入的工作量也就越大，因此往往只把燃氣管網上的特征點編為節(jié)點。
可對管網中任何特征點如氣源點、用氣點、分支點、變徑點等編號，編號為從1開始的自然數(shù)，每個節(jié)點可編寫任意序號，沒有次序，但總體上編號必須連續(xù)。例如對于有五個節(jié)點的管網，編號可以是2，1，3，5，4，但如果編號為1，2，4，5，6，則因沒有節(jié)點3而無法進行正確的計算。另外注意，輸入數(shù)據(jù)的行中不能出現(xiàn)空行，程序將忽略空行后的所有數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)空行，應該刪除該行。
集中流量：一般是指工業(yè)或商業(yè)用戶用氣的計算流量，這些用戶的用氣量能夠通過調查明確得出。對于沒有集中流量的節(jié)點如分支點、變徑點、氣源點等，無須輸入，程序將該節(jié)點的集中流量設置為0。
區(qū)域：及途瀉流量區(qū)域，是指由若干管段供氣的用氣區(qū)，這樣的區(qū)域內用戶多為民用戶后小商業(yè)用戶，無法詳細統(tǒng)計處每一戶的位置和用氣量，計算時可假定其用氣由包圍該區(qū)域的管段均勻供給。區(qū)域可以是封閉的，也可以是敞開的，如矩形區(qū)域的四個角節(jié)點號為1，2，3，4，區(qū)域由所有的管段供氣，則區(qū)域號一欄輸入“1-2-3-4-1”，若管段3-4，4-1不為該區(qū)域供氣則區(qū)域號一欄輸入“1-2-3”即可。注意，在輸入區(qū)域號時可以從區(qū)域的任意一角點開始，但節(jié)點號要按區(qū)域的幾何形狀順序輸入。
區(qū)域號"0"表示除過氣源外的其他所有管段?？捎糜谌肿詣臃峙淞髁?。
區(qū)域流量是指包含在區(qū)域內的用戶總用氣量。
2.2“管段數(shù)據(jù)”表
在該表中用戶需輸入所有管段的管長和管徑，并可在計算后得到管段流量，壓力降等管段計算數(shù)據(jù)。
管段號即管段起終點的節(jié)點號，無輸入順序要求，如管段的兩個端點節(jié)點號分別為2和5則可以輸入2 5,也可以輸入5 2，且可以以任意管段開始輸入，但總體上必須將所有管段數(shù)據(jù)都輸入，如有遺漏程序將不能正常計算，所以建議按節(jié)點號從低到高的順序輸入。管段號之間的氣流方向是計算結果，輸入時不用考慮。
管長的單位為千米，管徑的單位為毫米。管徑為試算值，輸入時須初擬管徑，理論上初擬管徑可為任何值，但實際中為減少試算次數(shù)，加快收斂速度，用戶應根據(jù)經驗設定合理的初始值，這樣只需要一兩次調整不合理管徑就能得到合理的水力計算數(shù)據(jù)。
2.3“結果分析”表
左邊是對計算結果的一些分析數(shù)據(jù)，幫助用戶進行決策調整。
右邊是管材統(tǒng)計的數(shù)據(jù)。管徑替代是為了輸出的計算圖美觀設置的，計算是用的內徑，輸出的計算圖如果要輸出外徑，可在此設置替代管徑。
2.4“輸入輸出”表
該表主要涉及CAD輸入及輸出計算圖的部分。
如果管段及節(jié)點數(shù)據(jù)都是手動輸入的，那么節(jié)點的坐標值一般都還沒有，這樣可以通過這個表生成模擬的坐標值；在坐標表格填上節(jié)點的相對位置，點下方的生成CAD坐標，節(jié)點的模擬坐標值即可生成在右側表格中；
如果管段及節(jié)點數(shù)據(jù)是從CAD直接讀入的，則坐標值一般都在讀取CAD數(shù)據(jù)時一同讀入了，不需要再生成模擬坐標值了。
如果電腦上裝有多個版本的CAD，軟件是和上一次啟動的CAD關聯(lián)的，如果想和另外一個版本的CAD關聯(lián)，則將該版本CAD啟動一次再關閉，然后使用軟件即可。
3.功能按鈕區(qū)
藍焰”,這個按鈕是導入藍焰2007格式存檔的按鈕，藍焰2007也是一款管網水力計算軟件，存檔也采用XLS格式。
“導入數(shù)據(jù)（xls）”,“導出數(shù)據(jù)（xls）”這兩個是導入導出excel文件的按鈕，可以將計算結果存下來，方便以后查看。
“計算”按鈕是程序開始平差的按鈕，是本程序的核心；
“清空數(shù)據(jù)”是為了再次計算快速清除界面數(shù)據(jù)用的，清空之前，建議先導出數(shù)據(jù)；基本參數(shù)設置區(qū)域的數(shù)據(jù)不會清空；
“連接CAD環(huán)境”，這個按鈕是啟動CAD作為錄入數(shù)據(jù)用的，CAD啟動后，即和程序關聯(lián)，此時點“讀取CAD數(shù)據(jù)”，符合要求的數(shù)據(jù)將會讀入程序。
“停止”按鈕是是用來中途退出計算用的，有些管網計算，當參數(shù)不合適時，很難收斂，此時可以用此按鈕退出；
“強制停止”按鈕也是中途退出的，不同的是，強制停止將立即退出當前線程的計算，并丟棄本次未完成的迭代數(shù)據(jù)，界面結果區(qū)域顯示的是上次迭代的結果；而點擊了停止時，程序會計算完當次迭代才會退出；無論點了“停止”或者“強制停止”，程序將不會校驗結果的正確性；
“轉換CAD坐標”可以將輸入輸出坐標表格的節(jié)點相對位置，轉化成模擬的CAD坐標，并顯示在輸入輸出表的右邊；
“輸出CAD計算圖”是繪制計算圖用的，點擊本按鈕，CAD將會啟動，并在其中繪出計算圖。
三.示例
問題一：單一管段水力計算。如圖：
用戶用氣量為150Nm3/h，低壓天然氣供氣，氣源壓力2500Pa，普通鋼質管道，管長100米，試求需要的管徑。
解:先根據(jù)經驗初擬管徑為DN80，將基本數(shù)據(jù)輸入計算表格
再將管段數(shù)據(jù)輸入計算表格
這樣就完成了所有的數(shù)據(jù)輸入，單擊主窗口上的“計算”按鈕即可得到計算結果
用戶可對計算結果進行分析，若覺不符，可將管徑的數(shù)值進行調整，如將管徑調整為100，再進行計算，直到管徑符合要求。
問題二：燃氣管網的水力計算。作為一個一般性的示例如圖：
此例中1，4兩節(jié)點為氣源點，且壓力不同，各用氣點有集中流量，其中區(qū)域2-3-6-5-2成環(huán)，區(qū)域內分布流量為600Nm3/h,求各管段管徑。
解:根據(jù)經驗初擬管徑為DN100，將基本數(shù)據(jù)和管段數(shù)據(jù)輸入計算表格；供氣區(qū)域號“2-3-6-5-2”也可以用“0”代替，因為在本例中，管網規(guī)模較小，“0’就表示了除過氣源節(jié)點外的所有其他區(qū)域；
輸入管段數(shù)據(jù)：
單擊主窗口上的“計算”按鈕即可得到計算結果
切換到工作表“結果分析”可得到水力計算結果分析數(shù)據(jù)
從以上兩表可知,管段2-5，6-3的流速和壓力降明顯太小，因此需減小這些管段的直徑，本例將上述管段調整為DN80，調整后的結果為
計算完后切換到輸入輸出界面，設置相關參數(shù)，在左邊表格填上節(jié)點的相對位置，然后點擊 “轉換CAD坐標”按鈕，右側會生成CAD的坐標值。如果是從CAD讀入的數(shù)據(jù)，那么坐標已經有了，不需要從表格生成模擬的坐標值。下面這個表格只能表示管網的相對關系，不代表坐標點的實際情況；
然后點擊右下角的“輸出CAD計算圖”按鈕,稍等片刻，CAD會自動啟動并繪制出計算圖：
問題三：對問題二所示燃氣管道作事故工況分析
若氣源4停止供氣，求燃氣管網的水力工況。
解：非常簡單，只要將管段4-5的管徑改為0，重算即可。
若管段2-5斷開，求燃氣管網水力工況。
解：只要將管段2-5的管徑改為0，將區(qū)域號改為2-3-6-5,重算即可。
問題四：一個管網要做水力計算，管段較多，如何快速輸入及避免出錯？
解：使用程序的CAD輸入功能即可。 先點擊程序界面的“連接CAD環(huán)境”按鈕。稍等片刻，CAD程序會自動啟動。
在CAD中用多段線繪出燃氣管段，有節(jié)點的地方必須斷開，管段的圖層名設置為相應的管徑。
在節(jié)點的地方插入塊，塊名為“jdbz”,如果節(jié)點是氣源時，塊的圖層設置成氣源，標記A填寫氣源壓力，節(jié)點不是氣源，塊的圖層設置成節(jié)點，標記A填寫節(jié)點流量；
節(jié)點編號不需要填寫，程序會自動編號；
保證每個節(jié)點上有一個jdbz的塊，即使節(jié)點流量為零，無節(jié)點標注的孤立多段線的數(shù)據(jù)將會被丟棄；
請按管網的實際情況繪圖，管段的長度單位是米；
一個設置好的CAD管網如下圖所示：
點程序界面“讀取CAD數(shù)據(jù)”按鈕，CAD中的數(shù)據(jù)將會讀入軟件，讀入的數(shù)據(jù)分三部分，分別是節(jié)點數(shù)據(jù)（壓力或流量）、管段數(shù)據(jù)（管長、管徑）和節(jié)點坐標數(shù)據(jù)；
然后點擊“計算”按鈕，程序將計算出結果；
如果對結果不滿意，可以調整管徑等參數(shù)，可以在原來CAD圖上調整，調整完重新讀取計算.....也可以直接在程序數(shù)據(jù)界面修改；
從CAD讀取的數(shù)據(jù)自帶節(jié)點坐標，所以管徑調整好后可以直接點“輸出CAD計算圖”按鈕，輸出計算圖。
四.其他說明
本程序根據(jù)《燃氣工程設計手冊》(嚴銘卿)的第11章編寫，采用的是節(jié)點法。 水力摩阻系數(shù)采用的GB50028-2006的6.2.6-2條“柯列伯洛克”公式。
本程序關于CAD讀寫部分采用的是AutoCAD® ActiveX®接口，由于本接口只為32位CAD系統(tǒng)設計，所以只支持32位的CAD。
本程序中已考慮中高壓氣體壓縮問題，無須用戶手動輸入壓縮因子。
程序設計思想為簡約實用，已在實際設計工作中使用多年，效果十分好，數(shù)據(jù)準確。用戶在使用中如有意見和建議，歡迎不吝提出，本程序將不斷更新完善。
本程序借鑒了《藍焰2007網絡版》的界面設計和幫助文件，在此向其作者李其表示感謝。
五.參考資料
1.《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》（GB50028-2006）
2.《聚乙烯燃氣管道工程技術規(guī)程》（CJJ63-2008）
3.《燃氣輸配》（第三版，中國建筑工業(yè)出版社）
4.《燃氣工程設計手冊》（中國建筑工業(yè)出版社）
5.《建筑燃氣設計手冊》（中國建筑工業(yè)出版社）
6.《天然氣管道輸送》(石油工業(yè)出版社)
7.《燃氣管網水力計算研究》(田貫三 劉燕 江億)
8.《節(jié)點法燃氣管網平差計算方法》(馮良 張同 全惠君 周偉國)
9.《求解病態(tài)線性方程組的共軛向量基算法》(鄭洲順 黃光輝)
10.《計算方法》(機械工業(yè)出版社)
11.《VisualBasic+SQL2000系統(tǒng)開發(fā)實錄》(電子工業(yè)出版社)
12.《ActiveX 和 VBA 開發(fā)人員手冊》(Autodesk, Inc.)
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