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非稳态环境对埋地管道传热影响的研究

作　者: 崔晓龙
导　师: 吴国忠
学　校: 大庆石油学院
专　业: 热能工程
关键词: 埋地管道 非稳态 数值模拟 温度场
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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引　用: 14次
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内容摘要


对加热输送的原油管道，降低输油温度是一项有效的降耗措施，但由于受外界非稳态环境的影响，不能准确地确定管道在不同地域、不同时期的温度场变化情况，造成目前输油温度普遍偏高。另外，加熟输送的原油管道在运行过程中，不可避免地会造成停输问题，这时油管内原油的粘度随油温下降而升高，当油温降到一定值后，会给管道的再启动带来极大的困难，为避免凝管事故发生，需要研究管道在停输时，其在外界非稳态环境影响下和不同敷设情况下的管内介质温降情况，准确计算出管道的停输温降及允许停输时间。 针对上述问题，本文研究了东北地区大地温度场在外界非稳态环境影响下的变化规律。在此基础上，进一步研究了埋地管道在外界非稳态环境影响下的稳定运行和非稳态停输工况下的传热问题，建立了符合工程实际情况的物理及数学模型，采用有限差分法以Visual Basic语言为开发平台，编写了在非稳态环境影响下的埋地管道的温度场分布求解和管道停输温降程序。该软件可以求解出一年四季任意时刻埋地管道温度场的分布，还可以求解出管道在任意时刻停输时管道内介质的温降。 在算法中全面考虑了埋设介质的变热物性对管道传热的影响。利用数值模拟方法模拟出具有非均匀热物性埋设介质的不同管道温度场；详细分析外界非稳态环境对大地温度场的影响，模拟出不同情况下的管道温度场。并对埋设介质变热物性进行了探讨。 软件的计算结果具有一定的精确性，为使其具有一定的可靠性，与现场实测数据结果进行了比较，对其进行了修正，从而能反映现场实际情况，可直接应用于工程计算中。 此项研究为实际生产管理提供了科学依据，可以直接应用于东北地区输油管道，对指导油田地区的输油生产、管道安全运行和节能降耗具有重要意义。

全文目录


前言  12-14
第一章 物理模型的建立及简化  14-19
  §1．1 大地温度场物理模型建立  14-16
    1．1．1 大地温度场深度方向恒温层的确定  14-15
    1．1．2 大地物理模型的建立及简化  15
    1．1．3 大地导热微分方程式及边界条件  15-16
  §1．2 埋地管道物理模型建立  16-19
    1．2．1 存在埋地管道时大地温度场深度方向恒温层的确定  16-17
    1．2．2 存在埋地管道时大地温度场水平方向绝热面的确定  17
    1．2．3 埋地管道传热物理模型及其简化  17-19
第二章 物理模型的数值模拟求解  19-31
  §2．1 大地导热微分方程及边界条件  19
  §2．2 埋地管道导热微分方程及边界条件  19-21
    2．2．1 稳态导热微分方程及边界条件  19-20
    2．2．2 非稳态导热微分方程及边界条件  20-21
    2．2．3 导热微分方程的解法  21
  §2．3 有限差分法  21-29
    2．3．1 一维非稳态导热问题差分方法的推导  21-23
    2．3．2 一维导热微分方程及边界条件的有限差分法  23-25
    2．3．3 二维非稳态导热微分方程及边界条件的差分方程略介  25-29
    2．3．4 有限差分方程的解法  29
  §2．4 有限差分方程显示与隐式方法比较  29-31
第三章 埋地管道传热数值模拟软件设计  31-37
  §3．1 数值模拟埋设介质变热物性情况  31
  §3．2 数值模拟相变过程  31-33
  §3．3 数值模拟数据的图形处理  33
  §3．4 处理圆形管道  33-34
  §3．5 处理对流因素  34-35
  §3．6 数值模拟软件  35-37
    3．6．1 数值模拟软件组成  35
    3．6．2 数值模拟软件程序框图  35-36
    3．6．3 软件界面  36-37
第四章 非稳态环境对埋地管道传热的影响  37-52
  §4．1 非稳态环境对大地温度场的影响  37-42
    4．1．1 非稳态环境下大地温度场的数值计算结果分析  37-39
    4．1．2 不同外界环境温度取值对大地温度场的影响分析  39-40
    4．1．3 不同温度初值T_0对温度场计算时间的影响  40-42
  §4．2 非稳态环境对埋地管道温度场的影响  42-45
    4．2．1 存在埋地管道时大地温度场的变化  42-44
    4．2．2 非稳态环境对管道停输时间的影响  44-45
  §4．3 稳态和非稳态环境对埋地管道温度场影响分析  45-47
    4．3．1 稳态环境对大地温度场的影响  45
    4．3．2 稳态环境对埋地管道温度场的影响  45-47
  §4．4 数值模拟计算结果比较  47-51
    4．4．1 大地温度场计算结果比较  48
    4．4．2 埋地管道温度场计算结果比较  48-50
    4．4．3 埋地管道停输温降计算结果比较  50-51
    4．4．4 数值模拟计算误差分析  51
  §4．5 模拟计算软件结果可靠性评价  51-52
结论  52-53
致谢  53-54
附录  54-55
参考文献  55-56

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热力工程、热机 > 热力工程理论 > 传热学
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