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基于面向方程闪蒸模型的管道单元模拟OA

Pipeline segment simulation based on equation-oriented flash model

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管道系统是化工与能源行业的关键基础设施,其高精度稳态模拟对工程设计至关重要.为此,提出一种基于面向方程法(EO)的模拟策略:采用有限体积法离散质量、动量和能量方程,耦合基于伪平衡温度与互补约束的改进闪蒸模型,构建全耦合、可微的三对角雅可比矩阵,并以内点法求解.在LNG、C2和C3两相流及过热蒸汽三个典型工况下,压降与温降等关键参数预测结果与Aspen Plus和PipeSim的最大相对偏差小于5%,计算效率较序贯模块法提升19%~21%.该方法兼具高精度、强鲁棒性与高效性,为复杂管网的实时仿真与优化提供了可靠基础.

Pipeline systems are vital in chemical and energy industries,where accurate steady-state simulation is crucial for design.This work presents an equation-oriented(EO)approach mass,momentum,and energy equations are discretized using the finite volume method,coupled with an improved flash evaporation model based on pseudo-equilibrium temperature and complementary constraints,to construct a fully coupled,differentiable tridiagonal Jacobian matrix,which is then solved using the interior-point method.Validated on three cases—LNG transport,C2/C3 two-phase flow,and superheated steam—the model achieves pressure and temperature drop predictions within 5%relative error of Aspen Plus and PipeSim,with 19%—21%higher computational efficiency than sequential modular methods.The method offers high accuracy,robustness,and speed,enabling reliable real-time simulation and optimization of complex pipeline networks.

孙新;王希军;赵军;孙晓岩;陶少辉;项曙光

青岛科技大学化工学院,过程系统工程研究所,山东 青岛 266042青岛科技大学化工学院,过程系统工程研究所,山东 青岛 266042青岛科技大学化工学院,过程系统工程研究所,山东 青岛 266042青岛科技大学化工学院,过程系统工程研究所,山东 青岛 266042青岛科技大学化工学院,过程系统工程研究所,山东 青岛 266042青岛科技大学化工学院,过程系统工程研究所,山东 青岛 266042

数理科学

数值模拟两相流相平衡面向方程法有限体积法EO闪蒸

numerical simulationtwo-phase flowphase equilibriumequation-oriented approachfinite volume methodEO flash

《化工学报》 2026 (7)

3797-3806,10

山东省重点研发计划项目(2024CXGC010405)国家自然科学基金项目(22178190,22408195)山东省化工过程模拟与优化工业软件重点实验室项目(PKL2024F23)

10.11949/0438-1157.20251330

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