机坪管道积水驱除数值模拟

机坪管道底部积水引起的腐蚀产物容易堵塞管道,影响管道正常运行。结合计算流体力学和等效切应力原理,运用CFD技术对机坪管道积水驱除过程的流动特性进行三维数值模拟,分析大管径工况下机坪管道底部积水的驱除状况,得出影响积水流态的主要参数及积水能够被完全驱除的临界条件,揭示机坪管道积水后系统的流动特性。结果表明:管道底部积水形态与油相流速、管路布置、积水量等参数有关;利用管道内部油相将底部积水完全携带出管道,需要增大油相流速、降低倾角、减小积水量。研究大管径管道积水的流动特性对机坪管道积水驱除的实际应用具有重要的指导意义。     

河流穿越管道小孔泄漏数值模拟

针对河流穿越管道泄漏后油品在水中的迁移扩散问题,采用计算流体力学中的有限体积法,选取标准K-ε湍流模型,建立河流穿越管道小孔泄漏的数值仿真模型。模拟了柴油在水域中的迁移扩散过程,并分析比较不同泄漏孔径、泄漏速度和水流速度条件下的油品体积分数和扩散范围。研究结果表明：泄漏速度、泄漏孔径和水流速度不仅直接影响油品在水中的扩散轨迹及迁移方式,而且会改变油品在水中的体积分数和扩散范围,该研究可为建立河流穿越管道漏油应急预报系统提供理论畚考。（图10,表1,参10）     

天然气长输管道泄漏工况数值模拟

针对无风和有风情况下埋地天然气管道的管状扩散和渗透扩散泄漏过程建立了物理数学模型,使用Gambit软件对模型进行网格划分,运用计算流体软件Fluent进行数值模拟,研究了两种泄漏过程在不同时刻的扩散区域和安全避让区域,以及土壤渗透率对天然气泄漏扩散区域和浓度分布的影响。结果表明：天然气泄漏在有风情况下对地面扩散的影响更大,当风速增大到一定程度时,仅在泄漏口上风向存在安全区域;泄漏天然气穿过土壤层后剩余速度的大小决定了扩散高度、范围和气流形态,相对低渗透土壤,穿过高渗透率土壤层的天然气在空气中形成的扩散区域更大,扩散高度更高,但后期两者扩散范围基本相同。（图8,参10）     

城市燃气管道稳态泄漏数值模拟

针对城市燃气管道分布与建筑物距离较近的特点,综合考虑风速、建筑物对燃气管道泄漏后气体分布情况的影响,建立城市燃气管道泄漏模型并对其进行网格划分,利用计算流体力学软件对天然气、人工煤气和液化石油气3种城市燃气的稳态泄漏过程进行数值模拟,考察风速分别为1 m/s和5 m/s情况下,泄漏时间为5 s、20 s、60 s和240 s时3种燃气在建筑物附近的分布情况.结果表明:风速越大,风对燃气向下风向的输送作用越强;燃气易在建筑物周围和街道峡谷内长时间堆积,形成较大危险区域.研究结果可为合理规划城市燃气管网和事故救援提供理论依据.     

纵向导波与管道中双缺陷相互作用的数值模拟

利用导波技术检测管道缺陷,将不可避免地遇到多缺陷相互作用问题。针对此类问题,利用数值模拟方法研究管道中双缺陷相互作用规律,建立双缺陷管道的三维有限元波动数值模型,并通过与已有实验结果的对比验证所建立模型的正确性,在此基础上系统研究相同大小双缺陷相对位置对导波反射特性的响应机理。研究表明,对双缺陷管道而言,两缺陷的相对周向位置对缺陷总体反射的影响很小,反射系数几乎不随缺陷的周向间距变化而变化;两缺陷的相对轴向位置对总体反射有较大影响,反射系数随轴向间距呈周期性变化。此外,在一定轴向长度范围内的多个缺陷,其反射系数近似符合叠加原理,这对局部缺陷群的检测有重要意义。     

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。     

交叉并行管道阴极保护干扰数值模拟

针对国内某油气管道存在的阴极保护干扰问题现状,开展检测分析并确定其阴极保护干扰特点。依据埋地管道参数和阴极保护系统工作参数,完成了对应的干扰现场数值模拟分析,结果表明：现场检测数据不能全面反映干扰电位的分布规律,现场检测阴极保护干扰时,必须采用密间隔电位测量技术（CloseIntervalPotentialSurvey,CIPS）,必要时借助数值模拟技术辅助分析。为了预先了解对应治理方案的治理效果,利用数值模拟技术对治理方案进行预评估,结果显示治理方案可以消除该处管道的阴极保护干扰影响,同时对治理方案的合理性进行了讨论。借助数值模拟技术对管道阴极保护干扰进行分析的做法,可以为解决类似工程问题提供借鉴。（图7,参12）     

集输管道油气水三相流型识别数值模拟

油气水三相介质具有的不同物理化学性质,使得其混合物在时间和空间上存在一个相态与分布均不确定的混合界面。采用多相流VOF模型研究了集输管道内油气水三相混输过程,并对其流型进行识别,通过研究初始含气率对流型的影响,得到工程实际中常见的泡状流和塞状流,进而分析了流速对泡状流中气泡分布的影响。结果表明：对于泡状流,气泡的分布与液体流速直接相关,流速越低,气泡的分布越不均匀;模拟结果与相关理论吻合较好,可为工程实际提供一定的理论指导。     

海底管道腐蚀缺陷处阴极保护数值模拟

海底管道表面很容易因为腐蚀形成缺陷点,具有深度大、传播快且检测困难的特点,对管道安全运行产生很大隐患。通过数值模拟方法研究了X80海底管道钢表面存在腐蚀缺陷时缺陷点内部对阴极保护产生的屏蔽作用,利用有限元方法模拟缺陷处的局部电位和阳极/阴极反应电流密度。结果表明:在腐蚀缺陷处阴极保护电流被部分屏蔽,特别是在缺陷的底部位置;缺陷处对阴极保护的屏蔽作用随着缺陷深度的增加和宽度的减小而越来越强。研究结果可为现场海底管道腐蚀状况和剩余寿命的评估提供指导。     

洪水载荷下悬跨管道安全性的数值模拟研究

阐述了因洪水冲刷而暴露于河水中的管道的安全性对整条管道的安全运行有着十分重要的影响。利用数值方法分析了洪水载荷作用下的漂浮管道的安全性，以有限元软件ABAQUS计算了不同的管道漂移量与流速引起的管道的环向与轴向应力，同时分析了管道在此类载荷作用下的屈曲模态以及不同的河水流向与管道应力状态之间的关系。对管道自重对管道应力状态的影响进行了分析，分析结果可为管道现场抢修工作提供参考。     

数值解法模拟长输管道末端储气规律

采用了克兰克-尼科尔森(Crank-Nicolson)格式对天然气长输管道不稳定流动的数学模型进行了数值求解.考虑城市用气变化规律,对长输管道末端储气问题进行了研究,并通过实例对研究结果进行了分析.天然气在长输管道中的流动是不稳定流,因而不能按照天然气在低压、小流量、短距离输送工况下稳定流的方法进行分析、研究.     

积水在成品油管道中的运动状态

为解决国内成品油管道因积水产生的内腐蚀问题,建立了室内实验环道,通过高速摄像等方法,对低洼-爬坡成品油管段内积水的运动状态进行研究,分析了积水量、油品流速对积水运动状态的影响。结果表明:积水在成品油管道中的运动状态不同于传统的油水两相流,在不同管段呈现不同的流型。由于成品油与积水的密度差较大,在上倾管段中,受成品油携带作用与重力作用的影响,积水在管道底部达到动态平衡,因此难以排出管道。积水在成品油管道中的运动状态研究成果,可为进一步研究积水的排除方法,减少管道的内腐蚀提供实验依据。     

基于LedaFlow的液相乙烷输送管道投产过程数值模拟

液相乙烷输送管道投产时需要先用乙烷置换封存的氮气,再使管道内的气相乙烷液化,而乙烷在常温下容易发生液化或气化,引发气液相变,导致置换工艺参数难以控制。考虑置换过程中会出现乙烷与氮气的混气现象,分析了乙烷-氮气混合物相平衡特征;采用LedaFLow软件对轮南—库尔勒线液相乙烷输送管道的氮气置换过程、乙烷液化过程进行模拟;研究了环境温度、气相乙烷置换流量的变化对置换过程中持液率、压力、置换时间等参数的影响。结果表明：在置换过程中乙烷是否发生气液相变受气相乙烷置换流量的控制,环境温度对其影响较小;增加入口气相乙烷置换流量可缩短置换时间,但会造成混气段增长;液化过程中液化压力和液化率基本不受气相乙烷置换流量影响,环境温度的升高会极大提高液化压力,从而降低液化率。研究成果可为乙烷输送管道投产方案的制定提供参考。（图6,表4,参23）     

油流排除管道积水的理论分析

针对成品油管道存在的低洼管段积水腐蚀管道的问题,探讨了利用油流将积水携带出管道的机理。以固定倾角圆管管段为研究对象,运用动量守恒和动量积分关系式,采用界面剪切应力的经验关系式,假定上游油流按照平均流速流动,分析了上游来油对倾斜管道中积水的携带作用。结果表明,管道水平且水量较少时,上游来油可将积水完全带出;而增大管道倾角或增加积水量,积水无法被携带出去,甚至出现逆流。若能考虑非定常流动模型,将会更合理地解决成品油管道中的积水携带问题。     

参数平均方式对层状夹砂土壤积水入渗数值模拟的影响

为研究非饱和土壤水分运动方程中参数的平均方式对层状土水分运动数值模拟的影响,采用有限差分方法对Richards方程进行离散,并用MATLAB软件编程模拟层状夹砂土柱的薄层积水入渗过程。对差分网格中半节点参数的8种不同平均方式进行了数值模拟稳定性和精度的比较。结果表明:不同平均方式下湿润峰到达某一深度的时间与该处的土壤含水量增速呈负相关关系;间接算术平均和调和平均下的土壤含水率数值振荡较大;几何平均和三点平均2种方式下入渗率、累积入渗量和湿润锋误差相对较小。综合分析,几何平均和三点平均更适合层状夹砂土情况下薄层积水入渗过程的数值模拟。     

数值模拟在管道和站场阴极保护中的应用

采用边界元数值模拟软件BEASYCP对管道干线和站场储罐库区的阴极保护进行模拟计算,研究了均压线跨接对并行管道阴极保护的影响,以及深井阳极和近网状阳极对储罐外底板电位分布的影响,并对近网状阳极保护罐底的通断电位IR降和接地分流效应进行了分析.研究表明:先期建设管道的站间距、末端保护电位及后期建设管道的涂层电阻率是影响并...     

液氨管道水力热力特性影响因素数值模拟

液氨物性参数受自身体积膨胀性和温度敏感性影响较大,管道输送过程中液氨易汽化并产生气阻现象。为探究液氨管道水力热力特性发展规律,参考中国现有液氨管道设计运行参数,在修正液氨物性参数的基础上建立液氨长输管道仿真模型,模拟分析管径、环境温度、出口压力、入口温度、输量及土壤介质对液氨管道水力热力特性的影响。结果表明：随着管径增大,管道全线压力下降趋势逐渐平缓,当环境温度低于投氨温度时,适当增大管径能够有效避免液氨相特性的大幅改变;在综合考虑管道承压和液氨膨胀性的基础上,适当提高管道压力能够有效降低液氨汽化风险;在低输量工况下,提高输量对液氨管道全线压降影响较小、对温降影响较大,在高输量工况下结论则正好相反。研究成果可为液氨长输管道的设计和安全稳定运行提供参考。（图8,表4,参21）     

考虑水分迁移的埋地管道温度场数值模拟

基于水热耦合方程提出了埋地管道周围土壤温度场的数学模型及其控制方程,利用有限元法对考虑水分影响的土壤传热问题进行了数值模拟和分析。通过与不考虑土壤含水情况的计算结果进行对比,发现靠近埋地管道区域的土壤温度梯度较大,湿土的导热系数大于干土的导热系数;土壤导热系数先随含水量的增加而增大;当达到一定含水量后,导热系数随含水量的增加而不断减小。     

洪水载荷下悬跨管道安全性的数值模拟研究

阐述了因洪水冲刷而暴露于河水中的管道的安全性对整条管道的安全运行有着十分重要的影响.利用数值方法分析了洪水载荷作用下的漂浮管道的安全性,以有限元软件ABAQUS计算了不同的管道漂移量与流速引起的管道的环向与轴向应力,同时分析了管道在此类载荷作用下的屈曲模态以及不同的河水流向与管道应力状态之间的关系.对管道自重对管道应力状态的影响进行了分析,分析结果可为管道现场抢修工作提供参考.     

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。