基于流固耦合的水下采油树输油管道传热与保温三维数值模拟

针对水下采油树系统因检修或事故关停过程中,内部输油管道由于海水冷却作用易导致水合物沉积并堵塞通道从而影响水下油气田生产连续性的问题,建立了水下采油树内部输油管道流固耦合传热与保温的三维模型,定义了流固以及固固耦合边界面,并考虑了海水流动的影响,基于CFD流动与传热数值模拟,在稳态分析基础上,分别对无保温、25mm以及75mm保温层3种条件下的内部输油管道中的原油进行了瞬态分析,结果表明:无保温层条件下,原油经过8h冷却后几乎与海水温度相等;在外覆有25mm保温层时,原油可以在关停16h后保持温度高于水合物产生的临界温度;保温层越厚,保温效果越明显.     

基于Fluent的海底输油管道停输温降数值模拟

随着海上油田的大量开发,对海底输油管道停输过程传热问题的研究迫在眉睫。加热输送的原油管道在运行过程中,不可避免地会遭遇油田停电和管线维修等意外,造成停输。这时油管内原油的黏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,甚至造成凝管事故。为避免凝管事故发生,需要准确预测海底管道管内原油的温降情况及安全停输时间,分析影响停输时间的因素。利用Fluent软件对海底输油管道停输温降进行数值模拟。计算结果表明,保温层厚度和海水温度对停输时间影响非常明显。模拟结果可指导生产实践。     

深水气井测试水合物生成的预测及防治

深水气井测试时,海水段较长且温度较低,天然气容易在泥线至海平面之间形成水合物,堵塞井筒,导致测试失败。建立深水气井井筒温度-压力模型,模拟南海西部某深水探井测试制度,求解得到井筒流体温度、压力分布;对该区域天然气样进行水合物生成实验,得到天然气水合物生成临界条件。结合测试模拟结果,认为温度是影响水合物生成的主要因素且常规测试过程中该井会在泥线附近生成水合物。隔热油管能够降低井筒整体传热系数,提升流体温度,模拟显示采用隔热油管后流体温度整体升高30℃左右,不同产量下测试均不会生成水合物,能够保证测试顺利进行,该井实测情况也证实了这一预测。实测不同产量下井口温压数据与模拟结果对比,误差均小于5%,证明了模型的准确性,表明该方法能够为深水气井测试过程中水合物预测和防治提供依据。     

聚碳酸酯板材一维非稳态传热实验和模拟计算

对聚碳酸酯(PC)板材热成形的具体边界条件进行分析和简化,得出传热过程模型,此热传导过程为一个一维非稳态传热过程.利用小型实验烘箱实验得出不同厚度的PC板材,不同加热方式的热透时间.同时,通过运用Abaqus有限元模拟软件对不同厚度PC板,不同加热方式的传热过程进行模拟计算,实验结果与模拟结果进行对比,能够很好的吻合.     

供暖输热管道的非稳态热损失分析

建立了包含对流换热系数和周期性气温模型的供暖管道非稳态传热模型,采用有限差分法运用MATLAB进行编程求解,并将所得的结果与实验值进行对比,结果表明:程序计算结果与实验结果间的线性相关系数呈强相关,验证了模型的准确性,对连续作业管道或准稳态传热的输热管道热平衡计算具有重要的参考价值;考虑管内介质与管道内壁间、空气与保温层外壁间对流换热系数,更加精确地反映了第三类边界条件下传热过程中的热损失;管道热损失与保温层厚度呈现出的并非是简单的线性关系,仅依靠增加保温层厚度不是最有效的管道保温方法.     

寒冷地区农宅地基节能改造

目的为减小由地基传热导致的热损失,提升房间整体热工性,研究寒冷地区农宅地基传热对住宅建筑能耗的影响,优化农宅地基节能改造.方法选择东北地区的农宅进行实验,测试农宅室内外温度和地面下方土壤温度,分析地基的传热过程;利用计算流体力学软件对地基模型的传热过程进行数值模拟,得到地基的温度场分布,分析设置不同厚度的保温层的地基传热过程,并对不同方案的模拟结果进行对比,得出最优方案.结果寒冷地区农村住宅建筑的地基改造可有效减少建筑能耗,当地基外表面敷设保温层为60 mm的苯板时其保温效果和经济性最好,室内地面和墙角相比于不加保温层温度分别增加0.712℃和3.519℃.结论地基的传热过程对室内热舒适性影响较大,在地基外表面设置保温层可有效提高室内墙角温度和室内地面温度,从而减少农宅建筑能耗.     

基于MATLAB的临界热绝缘直径初探

保温层厚度影响传热特性。本文分析了在常导热系数和变导热系数条件下圆柱形管道和球形容器的传热模型,给出了有关计算式,利用MATLAB对传热过程进行了数值模拟,获得了相应情况下的临界热绝缘直径、外表面温度和散热量。丰富了已有文献中关于球体模型的探讨,为工程应用及保温层设计提供参考。     

基于温度场反演算法的保温层最佳厚度

为了实现屋顶保温层厚度的经济优化和节能,针对屋顶围护物件设计平屋顶保温层厚度,通过热传导完成几何建模,利用有限差分法对平屋顶室内温度进行数值模拟,应用二分法对保温层厚度进行反演,正演模拟得到的温度和反演得到的温度范围确定出最佳保温层厚度,利用Matlab得到室内温度的仿真结果并进行分析比较。结果表明,根据该方法得出的最佳保温层厚度为29 cm,为实际生产提供了理论依据。     

基于Markov过程的水下采油树系统可靠性分析

为评估水下采油树系统的可靠性,提出一种基于Markov的水下采油树系统可靠性评估方法。首先,通过研究水下采油树系统的运行状态和故障机制,建立了水下采油树系统的Markov模型并给出相应的解析方程式。其次,以实际水下采油树系统故障数据为基础数据对其可靠性进行了定量分析和计算,求解水下采油树系统的瞬态、稳态可用度区间值;最后,利用该模型进一步分析各状态转移概率对系统可用度的影响,从而为预防故障事件的发生及系统改进措施的提出提供一定的理论依据,并为水下采油树系统国产化设计以及生产工作等提供较为准确的可靠性约束指导。     

甲烷水合物一维注热开采实验结合数值分析

甲烷水合物是具有发展前景的新能源,对其的开采方法是当今世界的热门话题。本文运用实验探究甲烷水合物的合成、利用软件模拟结合实验等综合方法研究了甲烷水合物被热力开采时的注热温度、注热时间、注热速率,探究这些因素对其开采效果的影响。并结合构建物理模型和数值分析等方法分析了注热开采的动态及规律。结论表明,甲烷水合物的注热开采是一个非稳态的传热过程,温度与时间的关系先呈指数递减后呈线性递减。     

焦炉炭化室非稳态热传导研究

通过研究炭化室中单向非稳态传热的偏微分方程,得到单向非稳态传热的偏微分方程的通式,并求得非稳态传热的偏微分方程的特解,不同结焦时间下炭化室内各层炉料的温度与状态曲线,可用于预测炭化室内各层炉料在不同的结焦时间的温度变化,也可用于了解距炉墙不同距离的各层炉料到达煤热解的3个阶段的标志性温度的时间,从上一个温度到达这个标志性温度的升温速度和从这一个标志性温度到达下一个标志性温度所停留的时间。     

原油差温顺序输送管道温度场的数值模拟研究

原油差温顺序输送管道的温度场不同于输送单种原油的热油管道,探明其规律有助于管道的设计和运行方案的制定.建立了非稳态传热的数学模型,采用有限容积法和热力特征线法相结合的数值算法进行了求解.用国内某差温顺序输送原油管道的现场实测数据对编制的计算程序进行了检验.受原油种类和出站温度交替变化的影响,油流温度场和土壤温度场均呈现出周期性变化的特点;不同位置温度的变化周期相同,但可能存在滞后时间;停输时机不同,管道的安全停输时间可能不同.     

脉冲热流冲击有限厚度材料双曲型热传导方程数值计算

针对快速热流加热的特点，考虑传热过程的非傅立叶效应；在脉冲热流加热条件下，采用双曲型方程和抛物型方程研究有限厚度材料内部的非稳态传热过程．数值计算结果表明，两种模型得到的内部温度场有诸多方面的不同．双曲方程的解表明：加热产生的独立运动热波使温度的变化具有波动性、延迟性，热波的叠加造成内部温度有可能超过边界温度；任意时刻热的传递方向处于复杂的境地。     

深水钻探井筒温度场的计算与分析

通过对海水温度数据回归分析,得到了南海海水温度场随深度的分布.以传热学基本理论为基础,通过理论推导,得到了循环及停止循环条件下的深水钻探井筒温度场理论计算公式.计算结果表明,循环钻进期间,要维持隔水管内的温度,应保证隔水管的保温层完好,并在满足钻井施工条件下尽量增大循环排量;停止循环时,随着关井时间的增加,井筒内流体温度逐渐接近外界环境温度,为避免在井筒及防喷器处生成大量水合物,关井时间要尽量短.     

深水钻探井筒温度场的计算与分析

通过对海水温度数据回归分析,得到了南海海水温度场随深度的分布.以传热学基本理论为基础,通过理论推导,得到了循环及停止循环条件下的深水钻探井筒温度场理论计算公式.计算结果表明,循环钻进期间,要维持隔水管内的温度,应保证隔水管的保温层完好,并在满足钻井施工条件下尽量增大循环排量;停止循环时,随着关井时间的增加,井筒内流体温度逐渐接近外界环境温度,为避免在井筒及防喷器处生成大量水合物,关井时间要尽量短.     

混凝土辐射供冷RC简化传热模型的改进及实验验证

混凝土辐射供冷非稳态传热过程的研究,对系统的运行和控制具有重要意义．本文对以系统几何及热工参数来确定核心温度层热容热阻的RC简化模型进行研究,加入沿管道供水换热过程的模型,实现供水温度和流量联合变化工况下楼板动态热响应的模拟分析．搭建混凝土辐射供冷系统全尺寸标准测试舱,验证上述模型的准确性和适用性．结果表明,在供水温度和流量非连续变化的非稳态工况下,模型计算值与实测值变化趋势基本一致,热流密度模拟值与实测值偏差约为5W／m^2,内部温度模拟值与实测值偏差小于等于0．5℃,模拟误差小,适用性较高．     

相变蓄能抗冻太阳能平板集热器的设计与研究

提出一种具有抗冻功能的相变蓄能太阳能平板集热器。该集热器在吸热板与保温层之间增加了一层相变潜热大、相变温度为277.15~281.15 K的相变蓄能材料。根据该集热器的传热机理,给出计算相变蓄能层设计厚度的公式。采用ANSYS Fluent软件建立该集热器的三维非稳态模型,模拟不同工况下集热器的出口温度及其内部水的最低温度。研究结果表明:在冬季环境温度最低日,相变蓄能抗冻集热器内水的最低温度高于275.15 K,能很好地起到抗冻作用;相变蓄能抗冻集热器与相同结构的普通集热器相比,冬季阴天和晴天代表日的净得热量分别高1.3 MJ/m~2和0.7 MJ/m~2。     

建筑外墙最佳保温厚度及环境影响研究

建筑外墙保温能有效地减少建筑能耗,从而减少因能源消耗而引起的环境污染问题.本文用多层墙体非稳态传热模型进行能耗计算,并用P1-P2经济性模型分析居住建筑外墙的生命周期成本,预测4个朝向2种常用保温材料的最佳保温层厚度和节能效益.同时,提出等价燃煤量方法,分别计算最佳保温层厚度和不保温情况下的CO_2和SO_2排放量,并分析应用最佳保温层厚度的减排潜力.以长沙地区为例,结果表明,保温层最佳厚度范围为0.08~0.13m,生命周期最大净现值为116.26~133.45元/m~2,投资回收年限为3.1~3.5年.根据性价指标,膨胀聚苯乙烯比挤塑聚苯乙烯更具经济优越性.当采用最佳保温层厚度时,CO_2的排放量减少了17.4~19.51kg/(m~2 a),SO_2的排放量减少了0.036~0.04kg/(m~2 a),污染气体的排放量能减少了75.8%~78.6%.     

气-液界面处水合物膜形成过程的传热分析

通过对静止系统的气-液两相界面处水合物膜形成过程的分析，建立了一维水合物膜形成过程的传热数学模型，提出了根据气体的消耗率确定出水合物膜厚度随时间的变化关系，分析水合物的反应体系中各相的温度分布，明确了水侧温度分布规律．结果表明，强化水侧的传热效果对提高水合物的生成速率具有重要的意义．     

埋地热含蜡原油管道的非稳态传热问题

我国生产的原油大多为含蜡原油，加热输送是含蜡原油的主要输送方式。埋地热含蜡原油管道的运行中涉及若干复杂的非稳态传热问题。从管内原油传热（内部传热）和管道与外部环境的传热（外部传热）两方面，分析和总结了含蜡原油管道非稳态传热问题的研究现状，介绍了管道在土壤中传热的影响因素，比较了其各种解析和数值解法，阐述了管道停输状态下管内含蜡原油相变传热的规律及研究方法，讨论了非稳定流动状态下管内油流的水力—热力耦合问题及求解方法，指出了埋地热含蜡原油管道的非稳态传热方面需进一步研究的问题。