埋地供热管道泄漏三维大地温度场仿真计算

摘要

管道作为五大运输工具之一，在运输液体、气体、浆液等方面具有独特的优势。随着管道运输业的不断发展，管道的增多，管龄的增长，以及不可避免的腐蚀、磨损、缺陷等自然或人为损坏的原因，使管道泄漏事故频繁发生，造成严重的经济损失和社会影响。管道泄漏检测和定位，意义巨大。为了应用前沿技术—光纤温度传感技术或者热红外成像技术实时检测管道泄漏，需要确定埋地热力管道泄漏前后的大地温度场的变化规律，为新技术应用于管道泄漏检测和光纤传感器的科学布点提供理论依据。 基于以上原因，本文开展了以下几方面研究工作：1建立了热力管道泄漏前的稳态温度场的物理模型和数学模型和泄漏后的非稳态温度场的物理和数学模型，其中泄漏后数学模型考虑了渗流作用对温度场的影响。给定了合理的热力学及流体力学边界条件。根据泄漏形式的不同给出了模型对应的二维和三维形式。 2采用CFD软件FLUENT研究了埋地热力管道泄漏前稳态温度场，并在此基础上计算了管道分别由孔洞和裂缝造成的点泄漏三维非稳态温度场和线泄漏二维非稳态温度场。 3通过与实验数据对比验证，发现仿真结果与试验所得结果吻合较好。说明本项研究所采用简化模型合理，采用CFD方法求解管道泄漏大地温度场，具有一定的可靠性。 4将数值方法应用于现场模型，得到了实际工况下管道泄漏大地温度场的数值结果。根据仿真结果总结出管道泄漏前后稳态和非稳态温度场的变化规律。根据热影响区的变化，提出了一种基于温度场变化情况判断管道泄漏形式或泄漏量的判据和一种传感器科学布点方法。 本论文得到的一些定性和定量的结论，为光纤传感技术与热红外成像技术应用于埋地热力管道泄漏检测提供了理论依据，有助于埋地热力管道泄漏事故的早期发现和实时在线监测。本文建立的模型和所采用计算方法具有通用性，可以应用于不同地区、不同工况下管道泄漏的大地温度场研究。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第二章 管道泄漏前稳态大地温度场模型

第三章 CFD中的多孔介质模型

第四章 管道泄漏非稳态大地温度场模型

第五章 仿真计算

结论

致谢

参考文献