热油管道石蜡沉积层的传热特性

将埋地热油管道的温度场简化为二维非稳态传热问题,建立了管内原油、管内石蜡沉积层和管外土壤三个区域传热特性的数学模型.在模拟条件下,计算了管道正常运行和停输过程中,在不同石蜡沉积层厚度下,管外的土壤温度场变化和石蜡沉积层内平均油温随时间的变化.     

带伴热管的埋地管道土壤温度场数值模拟

分析了带伴热管的寒区埋地管道的几何特性,建立了数学模型。采用有限单元法对管道周围土壤的二维非稳态温度场和热流密度场进行了数值计算,并对输油管与伴热管上部未设保温板的工况进行了计算。对改变保温板的宽度与厚度工况进行了计算,得到了各自的土壤温度场和热流密度场的分布。     

埋地管道停输水热耦合土壤温度场数值计算

考虑水分迁移、冰水相变的影响,采用热传导模型和水热耦合模型对埋地热油管道停输过程中土壤温度场的变化进行数值计算,得到了不同时刻土壤温度场的变化规律和管内原油轴向温降曲线。研究表明:热油管道停输后,由水热耦合模型和热传导模型计算的管道轴向温降和空间径向不同位置土壤温度差异较大,前者计算得到的温度场明显高于后者的计算结果,而轴向温降速率前者明显低于后者;且随着停输时间的延长,水热耦合模型得到的土壤温度场等值线几乎呈中心对称的椭圆形分布,等温线移动相对较慢。水分迁移和冰水相变对埋地管道非稳态传热影响较大,计算时不可忽略。     

输油管道非稳定热力过程数值分析

在埋地热油管道的运行中,因其输送工艺的变化,如反输、停输和启动等,管内原油与土壤中的热力平衡状态被破坏,油温及土壤温度将重新分布。因而,研究这一非稳定热力过程就必须对非稳定温度场进行分析。通过采用双极坐标保角变换的方法,将半无限大土壤温度场转化为有限场,提出了热油管道非稳定热力过程计算方法。以花格线和中洛复线反输运行试验数据与该方法计算的结果进行了验证,结果表明,数值计算结果与实测结果非常吻合。认为该计算方法可用于热油管道的停输、启动、反输等非稳定热力过程的模拟计算。     

埋地管道同沟敷设非稳态传热数值模拟

采用有限体积法对成品油管道和原油管道同沟敷设非稳态传热规律进行了数值模拟,对比分析了有无同沟敷设两种情况对埋地管道传热规律的影响;计算分析了地表温度波动参数对同沟敷设管道热流密度和土壤温度的影响。研究表明:管道同沟敷设技术能够改善管道周边的土壤温度分布,有效降低原油管道对外界的整体散热量;地表温度波动振幅和波动周期的增大会加剧管壁热流密度的振荡幅值,不利于埋地管道输送的稳定性,应针对其加强保温措施。     

埋地热油管道总传热系数的研究

总传热系数K在埋地热油管道的运行管理中是一个非常关键的参数,其取值是否合理将影响管道运行的安全性和经济性.对于埋地热油管道稳态运行过程,提出采用最小二乘法反算K值;对于非稳态运行过程,提出了一种双层耦合模型来计算K值.在分析实例的基础上,K值的变化幅度给予了量化,从而解决了从定性到定量的认识问题.在一定程度上,此模型和求解方法可以为埋地热油管道非稳态优化运行提供参考.     

小型冷库开关门过程温度场的数值模拟

近年来，计算流体力学（CFD）技术随着计算机科学和流体力学理论的发展而在工业各领域得到广泛使用。用CFD技术对冷库开关门过程进行了非稳态数值模拟，分析了小型冷库开关门过程中门周边温度场的变化，讨论了外界环境对冷库影响的区域，研究模拟了开关门各20s过程的温度场变化情况，发现由冷热空气密度差引起的自然流动是门处空气流动的主要方式。研究表明关门后，冷库下部的空气温度场恢复较快，上部恢复较慢（10s以后才明显下降），20s后温度可大致恢复至开始状态。研究结果证明数值模拟能较好地反映现实情况。     

小型冷库开关门过程温度场的数值模拟

近年来，计算流体力学（CFD）技术随着计算机科学和流体力学理论的发展而在工业各领域得到广泛使用。用CFD技术对冷库开关门过程进行了非稳态数值模拟，分析了小型冷库开关门过程中门周边温度场的变化，讨论了外界环境对冷库影响的区域，研究模拟了开关门各20s过程的温度场变化情况，发现由冷热空气密度差引起的自然流动是门处空气流动的主要方式。研究表明关门后，冷库下部的空气温度场恢复较快，上部恢复较慢（10s以后才明显下降），20s后温度可大致恢复至开始状态。研究结果证明数值模拟能较好地反映现实情况。     

冻土区埋地输油管道温度场数值模拟研究

冻土区埋地管道遇到的最常见问题是冻害破坏.研究埋地输油管道发生冻害及采取科学有效的方法防止冻害,首先应预测埋地输油管道周围冻土冻融过程中温度场的变化,以及温度场与水分场的变化关系.叙述了国内外学者在冻土温度场与水分场耦合作用这一问题的研究成果和埋地输油管道周围温度场的研究成果,提出了数值模拟埋地输油管道周围冻土温度场的几点建议.     

埋地热油管道正反输送非稳态热力计算

通过对国内外埋地热油管道非稳态热力计算文献进行总结,分析了埋地热油管道正反输非稳态热力过程,建立了数学模型,并编制了计算软件进行简化求解。通过对任京线正反输运行试验数据与软件计算结果进行比较,验证了数学模型的正确性与计算软件的可靠性,并以任京线为例,计算得到了正反输过程中管道周围土壤温度场及管内原油温度的变化规律。     

用预测-校正法计算热油管道的轴向温降

针对长输埋地热油管道轴向温降计算误差大的问题,在充分考虑影响热油管道轴向温降各种因素的基础上,研究了油品物性(密度、比热容、粘度)和总传热系数与温度变化的关系,建立了热油管道稳定运行时轴向温降的数学模型,并采用预测-校正法求解数学模型.该模型较适用于有进出油点的管道,与常规的计算方法比较,该模型更接近实测值,精度较高.     

埋地热油管道启输热力数值模拟

在综合考虑预热介质，管道，管道覆盖层以及半无穷大土壤的情况下，提出了埋地热油管道启输传热的数学模型，并在该模型中，将土壤物性参九视为随温度变化的函数，应用保角变换将半无究大土壤区域变换成有限矩形区域。由Keller盒式积分法构造出了问题的差分格式，采用广义阻尼牛顿－拉夫逊法求解非线性差分方程组，得到了问题的数值解，并由算例验证了所述方法的正确性。     

管土接触作用下管道沉陷复杂应力分析

场地沉陷是导致埋地管道破坏的重要原因之一.应用管道与土体接触作用的半无限屈服理论,建立了沉陷作用下管土相互作用模型,以土壤和管道自重为载荷,计算了沉陷区长度、壁厚、内压、管径、管土摩擦因数、管道埋深等复杂因素作用下的管道应力,分析了其对管道Mises应力的影响规律,进而评估管道的安全性.算例分析结果表明,该方法能够较好模拟管道的破坏过程,可为沉陷区域埋地管道数值模拟提供理论依据.（表3,图7,参10）     

埋地油气管道弯头的强度计算

通过理论分析导出了埋地弯头附加弯矩的新计算公式,其推导依据是:“弹性抗弯铰”假设,不考虑弯头受到的土壤抗力,但考虑弯头承受的内压;土壤对直管道纵向位移的抗力与纵向位移的关系为双线性,即考虑弹性工作段和极限平衡段(塑性工作段);土壤对直管道横向位移的抗力满足Winkler假定;将弯头两端的直管看作半无限长的梁或杆;同时考虑温差和内压对管道位移的影响。将新公式的计算结果与有关油气管道设计规范推荐公式的计算结果进行了比较。讨论了弯头的强度验算方法和管土相互作用参数的确定方法。推荐了实用的埋地弯头强度设计计算公式。     

埋地热油管道停输降温过程的研究

介绍了数值求解埋地热油管道停输过程中管内油品、管外保温层和管外土壤温度场3个数学模型确定管道停输降温过程的方法,指出埋地不保温热油管道停输后,管内油品与管外土壤同时降温,管外土壤存在降温影响区,而埋地保温热油管道停输后,管内油品温降速度则明显小于不保温管道.     

在役埋地热油管道低输量运行的经济研究

对在役埋地热油管道,当管道实际输量小于设计输量时,为妥善地解决管路沿线的能量消耗与能量供应之间的矛盾,研究一种经济上、技术上比较合理科学的运行方案,对于降低输油成本具有重要意义。建立了埋地热油管道经济计算数学模型,提出了采用方案比较法和TLNET软件相结合求解数学模型,确定了管道输量在小于设计输量下,使管道的运行费用为最小的经济运行方案,包括管道沿线运行的热泵站数、站内泵机组的组合方式、各站的进出站压力和温度、管道的小时运行费用、变频调速电机的转速及热站的热负荷等。进行了实例计算,通过与现场实际相比较,其结果令人满意。     

热油管道与土壤环境间不稳定传热的耦合研究

通过对因输量、加热温度等因素引起的埋地热油管道非稳态运行过程的研究,提出了以管外壁与土壤交界处的热流量作为耦合参数的数学模型,并给出了热流量的简单有效的处理方法.以大量的算例为基础,对实际运行数据和计算结果进行了对比分析,验证了该模型及方法的合理性,其处理方法为埋地热油管道非稳态问题的研究提供了一种新的思路.     

管道压力瞬变中的汽化模拟

在长输管道中,管内气相的存在给管道工况分析和控制增加了困难,而且也是引起事故的原因,在建立负压汽化管段数学模型的基础上,对管道在负压汽化后压力波动时的汽化量、其随压力变化的规律、气体吸收,气泡消失等问题进行了试验和理论探讨。模拟结果分析表明,数学模型和解决问题的方法较之于集中空穴模型（液柱分离）更符合原油管道负压汽化时所产生的压力流量波动,将平衡汽化曲线用于描述管道的负压汽化过程。     

原油顺序输送对土壤温度场的影响

提出了顺序输送时不可避免的温度变化问题,针对这一问题,通过分析埋地管道的几何特征,建立了有限区域内冷热油顺序输送管道的土壤数学模型,并使用PHOENICS软件对该模型进行了求解,结果证明用PHOENICS软件可对土壤温度场进行模拟,为研究土壤温度变化对农作物生长周期的影响奠定了基础。     

随环境变化的土壤热波动特性研究

根据周期性变化的环境温度和土壤半无限大平壁假设,建立了土壤导热数学模型,并采用PHOENICS3.6软件求解,得出了不同温度波对土壤导热区域的影响。研究了不同频率、振幅的热波及不同物性参数的土壤对不同深度处热波响应特性的影响。指出该研究方法可以应用于冷热油交替输送管道的非稳态温度场研究。