埋地热力管道周围土壤温度场数值模拟及应用研究

摘要

石油多采用埋地管道输送。在管道运行的过程中，为了优化管道建设和制定科学合理的热油输送工艺，需要掌握管道运行过程中管内油品温降和其周围温度场变化情况。 本文在建立埋地输油管道周围土壤温度场的物理模型基础上，考虑到了管道周围土壤横向和纵向的温度变化情况，建立了土壤温度场三维运算模型，使土壤温度场的模拟更接近实际。主要研究内容包括:对热油管道调研和理论的论述，建立埋地热油管道非稳态时的物理模型，通过Gambit对模型进行网格划分，而后通过Fluent软件模拟管道埋深，管道半径、原油流速对其周围土壤温度场的影响，利用Tecplot软件对模拟数据进行后处理得到温度场分布图，计算出管道沿线的原油温降及管道工作的安全停输时间。通过对计算结果分析表明，这些因素对管内油品温度变化有很大影响，在优化管道建设和制定科学合理的输送工艺方面要充分考虑其影响。在研究埋地输油管道周围土壤温度场同时，还进行了热力管热扩散性能应用性实验研究，利用融雪实验装置，得出了融雪时间及融雪负荷等相关实验数据，这对开展热力熔融系统方面的应用研究有一定的意义。 本文完成的主要工作为: (1)采用有限元法，对不同埋深条件下的管道周围土壤温度场进行三维数值计算，结果表明:相同条件下，管道埋地越深，散热量越少，且停输时间越长。 (2)数值模拟输送不同温度原油时，管道周围土壤温度场的变化。从计算结果可以看出，油温越高，管道水平方向热力影响范围越大，温降就越快，允许停输时间越大。 (3)对不同出站流速进行数值模拟。管道内原油流速越大，热油管道向周围散发的热量也就越少，热油管道内的原油温降也就越低，允许停输时间越长。 (4)对热力管热扩散进行实验研究，在不同工况参数下研究对融雪时间的影响，计算出融雪负荷，对研究在积雪条件下埋地管道运行状况有一定指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 研究现状

1．2．1 埋地热油管道的研究现状

1．2．2 热力融雪研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．3．3 创新点

第二章 埋地热油管道周围温度场理论基础

2．1 自然土壤温度场

2．2 有热油管道的土壤温度场

2．3 热油传热的理论基础

2．3．1 热油管道的传热过程

2．3．2 影响热油管道散热的因素

2．3．3 热油管道周围土壤温度场的变化过程

第三章 土壤温度场数值模拟模型的建立

3．1 物理模型的建立及简化

3．2 数学模型及边界条件

3．3 几何模型的建立及网格划分

3．4．1 原油的物性参数

3．4．2 管道埋深的选取

3．4．3 土壤的物性参数

第四章 埋地热油管道周围温度场数值模拟

4．1 模拟基础参数

4．2 埋地管深对土壤温度场的影响

4．3 油温对埋地管道周围土壤温度场的影响

4．4 流速对温度场的影响

4．5 本章小结

第五章 热力管道熔融应用研究

5．1 热力熔融系统实验

5．2 实验过程

5．3 实验结果与分析

5．3．1 管深与达到预定温度所需时间的关系

5．3．2 埋管间距与达到预定温度所需时间的关系

5．3．3 加热温度与融雪时间关系

5．3．4 加载功率与融雪时间的关系

5．3．5 融雪负荷的计算

5。4本章小结

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 全文展望

致谢

参考文献

攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果