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.     

爆破振动对埋地输油管道影响的数值模拟

为了确保埋地输油管道在爆破施工过程中的安全,结合邻近埋地输油管道的烟台港西港区疏港大道土石方爆破工程,利用ANSYS/LS-DYNA流固耦合方法模拟爆破振动对管道的影响。基于数值模拟,分别统计管道不同断面、断面正上方地表的最大振动速度,通过最小二乘法对所得数据进行分析研究。结果表明:基于流固耦合方法模拟得到的振速与现场实测结果基本一致,利用该模拟方法研究爆破振动对埋地输油管道的影响是可行的;在爆破振动情况下,管道周围细沙对管道具有保护作用,在模拟研究中考虑细沙是必要的;确定了管道断面最大振动速度与断面正上方地表最大振速的函数关系式,并由此得到现场监测时管道正上方地表安全允许的最大振速为1.982 cm/s。研究结果可为邻近埋地输油管道的土石方爆破工程地表安全允许振动速度的确定提供参考。     

新型农村地源热泵地埋管换热器的传热模拟

[目的]更好地模拟地源热泵地埋换热器的换热状况。[方法]介绍了3种地源热泵地埋管换热器的传热模型(线热源模型、圆柱热源模型和Eskilson模型),以宁波市鄞州区冬天供热为例,选择适当的传热模型进行数据模拟,得出了地埋管周围土壤温度场分布。[结果]地源热泵系统连续运行一段时间后,地埋管周围半径为0.8 m的范围内温度场会呈现强烈的变化,该区域以外的地方温度变化越来越小,直至接近于土壤的原始温度;浅层地表土壤原始温度场分布与深度呈指数关系,当深度达到一定程度后,土壤基本上维持恒温状态,比当地年平均气温高1~2℃。[结论]该研究为新型农村地源热泵中央空调工程设计和运行提供了理论参考。     

埋地管道周围土壤湿热耦合相变过程的数值计算

基于有限容积法,建立了多孔介质相变自然对流换热模型。以在饱和含水多年冻土区敷设的输油管道为例,采用SIMPLER算法,数值计算了地表温度周期性变化条件下,埋地热油管道的非稳态传热过程,得到了不同季节管道周围冻土温度场、土冰层融化移动界面及水分迁移规律。研究表明:在地表温度的周期性波动下,管道周围土壤温度场变化剧烈;受温度梯度和重力的影响,土壤中的水分形成沿管道中心线自上而下的自然对流涡旋;随着地表温度的变化,自然对流涡旋中心的形态和强度发生明显变化,说明温度梯度对水分迁移的影响较大。     

埋地管道微小泄漏与保温层破坏分布式光纤监测试验

分布式光纤测温技术可以实现埋地管道泄漏的实时在线监测,但是目前国内外在微小泄漏识别、保温层破坏导致的温度异常、传感器位置与监测性能的关系等方面的研究仍不够完善。设计了一套埋地输油管道泄漏监测试验装置,通过对足尺寸管道的泄漏模拟,研究了管道输送介质温度、泄漏流量、保温层破坏程度、传感器布设位置对分布式光纤传感器监测性能的影响,提出了基于分布式温度监测数据的实时泄漏识别方法。研究结果表明:管内介质与管外土体之间存在温度差异是实现泄漏监测的关键,在内压和温度确定的条件下,泄漏流量对监测效果的影响不显著;为了有效监测不同环向位置的泄漏,建议将分布式光纤传感器布设于管道底部;基于温度监测时程数据的B值识别算法,可以有效地区分温度异常情况是由管道泄漏或保温层破坏引起的,具有较高的识别精度。     

冻土区热油管道周围土壤水热耦合数值模拟

基于穿越冻土区埋地管道存在冻害破坏的安全问题,建立了多年冻土区埋地热油管道土壤冻融过程中温度场变化的数学模型。以中俄原油管道沼泽发育冻土区敷设管段为例,地表环境温度采用周期性边界条件,考虑土壤冻结过程中相变潜热对温度场的影响,采用多孔介质模型,利用有限容积法,对有、无保温层条件下埋地管道周围土壤温度场进行数值模拟。结果表明:在有保温层的条件下,管壁热流密度明显降低,且波动幅度减小;采用保温材料有利于降低冻土融化速率,防止冻土退化。     

冻土区输油管道周围土壤的水热力三场研究

针对冻土区埋地输油管道将遇到受土体冻胀和融沉破坏等一系列特殊问题,综述了管道周围土壤水分场、温度场、应力场及三场耦合的研究现状,介绍了冻土区埋地输油管道与水热力三场的关系,分析了目前与冻土区埋地输油管道三场研究相关的研究成果。结合埋地输油管道在实际运行中的油温变化等因素,提出了未来关于冻土区埋地输油管道三场研究的几点建议,以期为冻土区埋地输油管道的设计、建设与运行提供参考。     

埋地输油管道启输过程的传热计算

本文主要研究埋地输油管道热水单向预热过程的传热计算。埋地输油管道启输过程是三维非稳定传热问题,启输过程中管周土壤温度场的变化受管内热水温度和启输前地表面温度年波幅的影响,可将传热微分方程和边值条件线性组合成两个定解问题,用电子计算机进行数值求解,得出计算公式,以确定预热阶段管路任一点任一时刻的热水介质温度。本文建立的计算方法可用于工程计算。     

输油管道泄漏地下水污染风险预警评价方法

输油管道具有里程长、输送介质高危、管道沿线水文地质条件复杂等特点,一旦油品在环境敏感区发生泄漏,将会造成严重的环境污染事件。以某环境高后果区为例,基于Visual-Modflow软件,建立概念模型、水流模型及溶质运移模型,模拟输油管道泄漏情景下石油烃在地下水中的迁移扩散规律,采用改进的内梅罗综合指数评价法对地下水状态进行预警,根据水质变化速率与预警级别之间的关系确定不同井的预警级别。结果表明:采用输油管道泄漏地下水污染风险预警评价,能够有效预警油品泄漏情况,预判输油管道泄漏溢油扩散趋势。     

埋地输油管道泄漏油品扩散模拟

建立了埋地输油管道二维泄漏渗流物理模型和数学模型,采用CFD仿真软件对管道在不同位置发生泄漏时油品的扩散情况进行模拟。结果表明:泄漏初期,管道不同位置发生泄漏,油品在土壤中的渗流面均比较规则;一段时间后,对于管道正上方发生泄漏的情况,油品在土壤中的渗流面近圆形,对于管道正下方和侧面泄漏两种情况,渗流面呈发散状;相对于其他两个泄漏位置,管道正上方发生泄漏,油品在土壤中的渗流范围更广,但3种情况在地面的溢流长度基本相等。该研究结果可为电缆检漏技术用于检测、定位埋地输油管道的泄漏情况和泄漏位置提供理论依据。