1.课题研究的背景、必要性和意义

1.1研究背景及必要性

我国的城市燃气经历了150多年的发展历程, 走过了非常曲折的道路。燃气事业较快的发展是在我国改革开放以后, 特别是近20年中有了重大的突破。从上世纪末经历了3个阶段:第一阶段为上世纪的80年代,在节能政策的推动和国家节能资金的支持下, 全国建成了一批以工业余气为主, 如焦炉气和化肥厂释放气的合理利用工程;许多城市建成了配气管网等基础设施;发展了燃具制造业,使燃气的普及率有所提高。第二阶段为上世纪90年代初期,由于国家允许液化石油气 (LPG) 的进口,并没有配额的限制,在广东沿海经济迅速发展和缺能的地区首先使用了进口的液化石油气。液化石油气的国际和国内两个资源得到了充分的利用, 成为城市燃气的主要气源。第三阶段从上世纪90年代末开始,以陕气进京为代表的天然气供应拉开了新的序幕。由于国家对环境问题日益重视,开始发展大规模的天然气利用, 在规划、建设、政策和资金给以支持,使天然气在城镇燃气中处于关键地位,也使我国的燃气事业走上了与世界各国燃气共同发展的道路。经过近20年的发展, 成绩突出和喜人。

在城市燃气的发展过程中，民用燃气管网的水力参数计算是城市燃起管网设计、改造、扩建的基础，它直接决定着城市燃气发展的安全稳定性，所以燃气管网的水力分析计算在城市燃气的发展中起着不可替代的重要作用。它能解决名用管网设计中存在的问题，使工作科学化，理论化，同时它能推动燃气事业不断向前发展。

1.2研究意义

我国“十三五”规划提出，以提升人民生活水平，改善生存环境、节约资源为目的，在国家政策指引下，积极开发城市燃气。天然气作为优选城市燃气将会得到快速发展，并为城市燃气消费带来新的状况，例如供应量的快速增加、应用领域的增广、供应安全保证等。提高城市燃气中使用天然气的能力，将会对促进城市生存环境的改进起到积极作用。

在燃气管道设计中，离不开管道的水力计算。城市燃气管道输配系统水力计算结果关系到输配系统经济性和可靠性的问题，是城镇燃气规划与设计中的一项重要工作。管网的水力分析是城市管网科学管理的基础,其任务是在输入节点流量及管长、管材、管径的情况下了解管网各管段的实际流量分配,各节点的压力,以及气源的工作情况,即了解整个管网的实际运行工况,从而得到科学、精确的信息.这样既为改建、扩建管网设计提供准确的数据资料,避免工程的盲目性。

2.和本课题有关的国内外研究现状分析

2.1国外研究现状

水力计算的发展在国外是比较早的，1936年Hardy Cross于伊利诺伊大学香槟分校任教时，提出了Hardy Cross法，用于求解环状给水管网计算中的非线性方程组，随着计算机技术的更新和发展，上世纪五十年代，由该方法被应用到计算机求解给水环状管网水力计算中，并迅速被推广至供热管网、燃气管网的水力计算中，至此，计算机技术在燃气管网的水力计算中被广泛应用并迅速发展。随后，D.M.Martin等人将Newton-Raphson法应用在解环方程组和解节点方程组中，提高了迭代速度。A.G-C.Collioas运用有限元法求解节点方程组，D.J.Wood等人引入线性化理论，用于求解管段方程组。这些理论为后来的学者们研究稳态燃气管网的水力计算，提供了坚实的基础。