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摘 要：在燃气输配课程设计中引入G-net仿真进行辅助设计，可以优化管网方案，提高水力计算速度。通过对应用实例的分析，这种教学方法可以加深学生对燃气输配管网基本概念及基本分析方法的理解，提高课程设计教学质量，对培养学生的实践能力和创新能力起到非常重要的作用。
关键词：燃气输配 G-net仿真 课程设计
中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00
作者简介：张鹏（1979-），女，西南石油大学土木工程与建筑学院讲师，硕士，主要研究方向为城市燃气工程。
基金项目：2013年国家安全生产监督管理总局安全生产重大事故防治关键技术科技项目“城市燃气输配管网分区模式下的水力可靠性研究”（部712）资助；2014年西南石油大学青年教师教学研究项目“虚拟仿真实验在《燃气输配》课程教学中的应用探索与实践”（2014JXYJ-07）资助。
燃气输配课程设计是建筑环境与能源应用工程专业培养计划中重要的实践教学环节之一，具有综合性强和实践性强的特点。课程设计要求学生综合应用所学基础理论知识和燃气输配专业知识，在教师指导下独立、全面地完成规定的课程设计任务。通过课程设计，巩固、深化课堂知识，培养学生严谨的科学态度和良好的作风。通过绘图，掌握图面布置和绘图技能，提高工程语言的表达能力。重点培养学生独立工作及设计创新的能力。课程设计既是对燃气输配课程教学效果的检验，也是进一步提高学生综合素质的重要环节。
了解管网运行规律、变工况下能够判断水力参数的变化趋势是燃气输配课程的教学目标之一，传统教学方式难以简洁直观地全面展示城市管网的运行规律和工况变化过程及相关设备、站场工作原理、工艺流程等，借助虚拟仿真手段可有效解决这一问题。管网仿真是对管道系统的特性进行描述的一种手段，它可自动地将系统的压力、流量与管线各截面的流动特性联系起来，在设计阶段用做方案比较和优化设计。完成燃气管网稳态流动的模拟花费时间一般为几秒钟，大型管网可能需要几十分钟，模拟结果为整个管网各节点的压力、流量等参数，适合在课程设计中用来确定方案及进行水力计算。
1 G-NET仿真软件的功能及特点
G-NET适用于城镇燃气管网的水力分析和计算。G-NET软件的主要特点是：绘图基于AutoCAD，操作界面良好，操作方法方便，适用于天然气、煤气、气态液化石油气、液化石油气空气混合气及矿井气等燃气在高中压及低压等不同的压力级制下的环网的水力分析和计算。管网分析计算与绘图一体化；自动识别环路管网图，自动对环、管段及节点编号，自动设定管段流向；数据输入简单；分析结果输出方式多样，有图形、文档及分析过程等；采用图形处理算法及迭代算法，节省大量的存储空间。其主要算法：假定各管段λ均为1，计算各管段的阻耗和导纳，组成管网的节点导纳矩阵，由矩阵方程[Y][P]=Q求出管网节点压力p，由AT[P] = ΔP求得管段压力降，再由Q = G[ΔP]求得管段初始流量。根据以上步骤求得的初始管段流量，重新计算各管段的阻耗和导纳，组成新的导纳矩阵，重复上述步骤，进行迭代计算，直到前后两次的Q之差值达到精度要求。
2 G-NET在燃气输配课程设计中的应用举例
城镇燃气管网规划是燃气输配课程设计的主要题目类型之一。城镇燃气管网设计基本步骤为：用气量计算、管网布置、流量分配、水力计算、绘图，其中水力计算是完成课程设计的重要步骤，是在前三项完成的基础上利用G-NET软件完成的。
某课程设计的管网布置为中压燃气管网沿城市道路布置，受地形限制分为南北两个独立环网，互不相通，南北两个中压环网通过次高压管道与城市气源相连，次高压-中压管道连接处设调压站。根据城市道路分布情况，近期设置了29个环路，远期新增了11个环路，环路分布尽量均匀，气源点设计压力为0.4MPa，设计最低允许压力为0.3MPa。水力计算应用G-NET软件进行，基本步骤为：准备数据（小时环流量、集中流量、管网草图），生成计算草图，设置气源点，输入环流量及集中流量，分配节点流量，设置管径和生成计算工程文件，即得到管网水力计算表格，调试各段管径得到合适的结果，生成计算说明书，最后标注计算结果得到水力计算图。初步水力计算结果出来后，要根据最低点压力判断计算结果是否可行或是否经济，若最低点压力低于允许值，需放大部分管径重新计算，使得最低压力高于允许值，保证其技术可靠；若压力降太小则应适当减小管径，保证管网经济合理。
该课程设计中压管网的水力计算结果显示，压力较高区域在调压站附近，压力较低区域分布在远离调压站处，这与管网流动规律相吻合，管网压力最低点近期为0.366MPa，远期为0.351MPa，均大于要求的最低压力0.3MPa，计算结果满足水力计算要求。管网水力計算结果也可以用水力计算图表达，所有水力计算参数标于图上，包括每个管段的编号、流量、压力损失，每个节点的编号、流量、压力等。
课程设计的培养目标是在综合应用所学知识的基础上，理解工程项目的设计方法，掌握工程项目的设计步骤，一般是2周。课程设计时间短，任务紧，通常指导教师选择小型工程实例，要求学生做两个不同方案，进行技术经济比较后选择最优方案，不要求做事故工况分析。
3结语
G-NET软件使得计算能力大大提高，完成水力计算所需时间大幅缩短，在有限的设计时间内，指导教师可以将更多的精力放在指导学生方案布置上，而不是像以前一样关注水力计算；在选题时不必受计算能力的限制，可以选择小型实际工程项目作为设计题目，使得课程设计更接近工程实际，更好地达到课程设计的工程训练目的。G-NET软件应用于燃气输配课程设计，激发了学生的兴趣，使学生实践能力和创新能力得到了加强，提高了课程设计教学质量，加深了对理论知识的理解，同时为毕业设计打好基础，对高校培养高质量人才起到了积极的作用。
参考文献
[1] 张杰，宁勇飞等. 建筑环境与设备工程专业课程设计的改革与探索[J].中国电力教育，2013，（25）
[2] 彭深海. 课程设计中教学法选择的分析与研究[J].职业教育研究，2011（2）
[3] 吴晓南，王怡佳等. 虚拟仿真在城市燃气教学中的应用与实践[J].石油教育，2013，（5）
关键词：燃气输配 G-net仿真 课程设计
中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00
作者简介：张鹏（1979-），女，西南石油大学土木工程与建筑学院讲师，硕士，主要研究方向为城市燃气工程。
基金项目：2013年国家安全生产监督管理总局安全生产重大事故防治关键技术科技项目“城市燃气输配管网分区模式下的水力可靠性研究”（部712）资助；2014年西南石油大学青年教师教学研究项目“虚拟仿真实验在《燃气输配》课程教学中的应用探索与实践”（2014JXYJ-07）资助。
燃气输配课程设计是建筑环境与能源应用工程专业培养计划中重要的实践教学环节之一，具有综合性强和实践性强的特点。课程设计要求学生综合应用所学基础理论知识和燃气输配专业知识，在教师指导下独立、全面地完成规定的课程设计任务。通过课程设计，巩固、深化课堂知识，培养学生严谨的科学态度和良好的作风。通过绘图，掌握图面布置和绘图技能，提高工程语言的表达能力。重点培养学生独立工作及设计创新的能力。课程设计既是对燃气输配课程教学效果的检验，也是进一步提高学生综合素质的重要环节。
了解管网运行规律、变工况下能够判断水力参数的变化趋势是燃气输配课程的教学目标之一，传统教学方式难以简洁直观地全面展示城市管网的运行规律和工况变化过程及相关设备、站场工作原理、工艺流程等，借助虚拟仿真手段可有效解决这一问题。管网仿真是对管道系统的特性进行描述的一种手段，它可自动地将系统的压力、流量与管线各截面的流动特性联系起来，在设计阶段用做方案比较和优化设计。完成燃气管网稳态流动的模拟花费时间一般为几秒钟，大型管网可能需要几十分钟，模拟结果为整个管网各节点的压力、流量等参数，适合在课程设计中用来确定方案及进行水力计算。
1 G-NET仿真软件的功能及特点
G-NET适用于城镇燃气管网的水力分析和计算。G-NET软件的主要特点是：绘图基于AutoCAD，操作界面良好，操作方法方便，适用于天然气、煤气、气态液化石油气、液化石油气空气混合气及矿井气等燃气在高中压及低压等不同的压力级制下的环网的水力分析和计算。管网分析计算与绘图一体化；自动识别环路管网图，自动对环、管段及节点编号，自动设定管段流向；数据输入简单；分析结果输出方式多样，有图形、文档及分析过程等；采用图形处理算法及迭代算法，节省大量的存储空间。其主要算法：假定各管段λ均为1，计算各管段的阻耗和导纳，组成管网的节点导纳矩阵，由矩阵方程[Y][P]=Q求出管网节点压力p，由AT[P] = ΔP求得管段压力降，再由Q = G[ΔP]求得管段初始流量。根据以上步骤求得的初始管段流量，重新计算各管段的阻耗和导纳，组成新的导纳矩阵，重复上述步骤，进行迭代计算，直到前后两次的Q之差值达到精度要求。
2 G-NET在燃气输配课程设计中的应用举例
城镇燃气管网规划是燃气输配课程设计的主要题目类型之一。城镇燃气管网设计基本步骤为：用气量计算、管网布置、流量分配、水力计算、绘图，其中水力计算是完成课程设计的重要步骤，是在前三项完成的基础上利用G-NET软件完成的。
某课程设计的管网布置为中压燃气管网沿城市道路布置，受地形限制分为南北两个独立环网，互不相通，南北两个中压环网通过次高压管道与城市气源相连，次高压-中压管道连接处设调压站。根据城市道路分布情况，近期设置了29个环路，远期新增了11个环路，环路分布尽量均匀，气源点设计压力为0.4MPa，设计最低允许压力为0.3MPa。水力计算应用G-NET软件进行，基本步骤为：准备数据（小时环流量、集中流量、管网草图），生成计算草图，设置气源点，输入环流量及集中流量，分配节点流量，设置管径和生成计算工程文件，即得到管网水力计算表格，调试各段管径得到合适的结果，生成计算说明书，最后标注计算结果得到水力计算图。初步水力计算结果出来后，要根据最低点压力判断计算结果是否可行或是否经济，若最低点压力低于允许值，需放大部分管径重新计算，使得最低压力高于允许值，保证其技术可靠；若压力降太小则应适当减小管径，保证管网经济合理。
该课程设计中压管网的水力计算结果显示，压力较高区域在调压站附近，压力较低区域分布在远离调压站处，这与管网流动规律相吻合，管网压力最低点近期为0.366MPa，远期为0.351MPa，均大于要求的最低压力0.3MPa，计算结果满足水力计算要求。管网水力計算结果也可以用水力计算图表达，所有水力计算参数标于图上，包括每个管段的编号、流量、压力损失，每个节点的编号、流量、压力等。
课程设计的培养目标是在综合应用所学知识的基础上，理解工程项目的设计方法，掌握工程项目的设计步骤，一般是2周。课程设计时间短，任务紧，通常指导教师选择小型工程实例，要求学生做两个不同方案，进行技术经济比较后选择最优方案，不要求做事故工况分析。
3结语
G-NET软件使得计算能力大大提高，完成水力计算所需时间大幅缩短，在有限的设计时间内，指导教师可以将更多的精力放在指导学生方案布置上，而不是像以前一样关注水力计算；在选题时不必受计算能力的限制，可以选择小型实际工程项目作为设计题目，使得课程设计更接近工程实际，更好地达到课程设计的工程训练目的。G-NET软件应用于燃气输配课程设计，激发了学生的兴趣，使学生实践能力和创新能力得到了加强，提高了课程设计教学质量，加深了对理论知识的理解，同时为毕业设计打好基础，对高校培养高质量人才起到了积极的作用。
参考文献
[1] 张杰，宁勇飞等. 建筑环境与设备工程专业课程设计的改革与探索[J].中国电力教育，2013，（25）
[2] 彭深海. 课程设计中教学法选择的分析与研究[J].职业教育研究，2011（2）
[3] 吴晓南，王怡佳等. 虚拟仿真在城市燃气教学中的应用与实践[J].石油教育，2013，（5）