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压缩行存储格式与解耦方法结合的掺氢天然气管网瞬态仿真算法
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作者 李玉星 陈若飞 +7 位作者 朱建鲁 仇柏林 吕浩 陈凤 张双蕾 杨浩 陈俊文 何佳薪 《天然气工业》 北大核心 2025年第5期188-200,共13页
随着纯氢与掺氢天然气管网的快速发展,传统的数值求解算法面临数值稳定性及求解效率的挑战,迫切需要研究高效、稳定的数值求解新方法,以优化掺氢天然气管网设计,提高管网运营效率。为此,在研究了掺氢对天然气管网瞬态仿真过程中矩阵条... 随着纯氢与掺氢天然气管网的快速发展,传统的数值求解算法面临数值稳定性及求解效率的挑战,迫切需要研究高效、稳定的数值求解新方法,以优化掺氢天然气管网设计,提高管网运营效率。为此,在研究了掺氢对天然气管网瞬态仿真过程中矩阵条件数的影响基础上,提出了将压缩行存储格式(CSR)与水热力解耦策略相结合的数值求解算法,并评估了其在瞬态输氢管网仿真中的适应性。研究结果表明:①天然气管网掺氢会导致瞬态仿真中矩阵的条件数增加数十至数百倍,影响解的稳定性;②相较于传统的二维矩阵算法,基于CSR的数值求解算法能至少提升10倍计算效率,且随着矩阵规模的增大,提升效果呈指数级增长;③在管网仿真中推荐优先使用稀疏LU分解法,当结果不稳定时,再考虑使用稀疏QR分解作为备用方案;④解耦策略下,求解矩阵的条件数显著降低,算法的稳定性提高,仿真求解性能至少为耦合的10倍,在基于CSR的算法中,也有50%以上的性能提升。结论认为,该研究成果可以为提高纯氢与掺氢天然气管网瞬态仿真效率提供有益的参考,具有重要的理论意义和实际应用价值。 展开更多
关键词 掺氢天然气 瞬态 管网仿真 数值求解 稀疏矩阵 CSR 解耦 仿真效率
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