中俄原油管道沿线冻土热学性质试验研究

导热系数是冻土热学性质中一项重要物理指标,它反映了土体传递温度的能力,是管道温度场以及下覆冻土融化圈的重要影响因素。导热系数的测量方法有很多,但不同试验方法对同一种土所测得的结果却存在较大差异。本文分别采用热线法、热流计法和比较法对中俄原油管道沿线的冻土原状样与扰动样进行了导热系数的测定,并对试验结果进行了回归分析。通过对比不同试验方法、不同土质类别等因素对导热系数的影响,分析对中俄原油管道工程沿线不同类型的管道地基土所采用的每种测量方法的适用范围。试验结果表明：对于同一种土,热线法的导热系数试验结果最大,热流计法的试验结果最小,而原状土样的试验结果则大于扰动土样的试验结果。可见,对细粒土扰动样的导热系数测量宜采用热线法,对细粒土原状样的导热系数测量宜采用比较法;而粗粒土由于受含泥量的影响,对扰动样的导热系数测量宜采用热流计法,对原状样的导热系数测量宜采用比较法。     

埋地热油管道停输温降的CFD模拟

针对埋地热油管道的停输温降过程,分别建立了埋地热油管道的物理模型和数学模型,并应用FLUENT软件模拟了不同土壤导热系数、不同大气温度下的温度场分布。同时在稳态的基础上模拟非稳态,得出停输后温度场、速度场的分布。并对不同油温下的温度分布进行模拟,得出了温度场在不同条件影响下的分布规律。对于优化管道建设和制定科学合理的热油输送工艺具有重要的作用。     

埋地热油管道稳定运行条件下热力影响区的确定

建立了埋地热油管道热力影响区的数学模型，并用有限元法进行了求解。在此基础上，对地温、管内油温、管道直径、管道埋深和土壤导热系数等参数与管道水平方向热力影响范围的关系进行了定量分析，分别计算了直径为426，720mm的管道在地温为22，15，8℃条件下水平方向的热力影响范围。结果表明，在其他条件相同时，地温越低、管道直径越大或者油温越高，管道水平方向热力影响范围越大。在热油管道通常的埋深范围(1．2～1．8m)内，埋深变化时，水平方向热力影响范围差别不大。计算结果与现场实测结果吻合，从而验证了所建模型的合理性。     

流型、流态变化对含蜡热油管道设计计算的影响

含蜡热油输送管道的设计通常忽略流态流型转变的影响,按照我国常用的简化算法——平均油温法进行计算,会造成较大的计算误差.为精确计算热油管道输送过程中含蜡原油流态和流型的转变对含蜡热油管道设计计算的影响,对不同流态流型应用不同的摩阻计算公式,建立了热油管道温降和压降计算的数学模型,并进行了含蜡热油管道设计计算.计算结果表明:采用简化算法与精确计算相比有较大的误差,流态和流型的变化对沿线压降的影响较大.建议含蜡热油管道的设计计算中考虑流体流态和流型的变化.     

埋地热油管道稳定运行条件下热力影响区的确定

建立了埋地热油管道热力影响区的数学模型 ,并用有限元法进行了求解。在此基础上 ,对地温、管内油温、管道直径、管道埋深和土壤导热系数等参数与管道水平方向热力影响范围的关系进行了定量分析 ,分别计算了直径为 4 2 6 ,72 0mm的管道在地温为 2 2 ,15 ,8℃条件下水平方向的热力影响范围。结果表明 ,在其他条件相同时 ,地温越低、管道直径越大或者油温越高 ,管道水平方向热力影响范围越大。在热油管道通常的埋深范围 (1.2～ 1.8m)内 ,埋深变化时 ,水平方向热力影响范围差别不大。计算结果与现场实测结果吻合 ,从而验证了所建模型的合理性     

用探针法测定材料的导热系数

根据线热源理论，设计制作了用于测定材料导热系数的探针，研究了接触热阻、加热功率和加热时间对测定导热系数的影响。用探针测定了松散材料、保温材料、土壤和地下岩心的导热系数，实验研究表明。探针法测导热系数具有快速、简便的特点，是测定土壤和保温材料导热系数的有效方法。     

现场测定土壤导热系数的影响因素分析

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.利用土壤导热系数的热响应测试原理,分析了现场测定土壤导热系数的影响因素.结果表明:在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口温度及模拟季节都会影响测试结果的准确性.     

用探针法测定材料的导热系数

根据线热源理论，设计制作了用于测定材料导热系数的探讨，研究了接触热阻，加热功率和加时间对测定导热系数的影响，用探针测定了松散材料、保温材料、土壤和地下岩心的导热系数，实验研究表明，探针法测导热系数具有快速、简便的特点，是测定土壤和保温材料导系数的有效方法。     

热油管道防腐层大修期间热力参数的数值模拟

基于对防腐层大修期间施工进度与输油工况的合理简化,建立有开挖段站间热油管道正常运行的数学模型,并采用有限容积法对该模型进行数值离散;通过对该模型的数值求解,模拟防腐层大修期间不同环境条件、不同运行参数和开挖回填不同阶段管道沿线原油和土壤温度变化;再根据温度模拟结果,确定大修期间开挖站间的最大允许开挖长度.利用所编计算程序对2006年铁秦输油管道葫芦岛一绥中站间防腐层大修期间运行工况的模拟结果显示,进站油温平均计算偏差低于1.0℃.若考虑防腐层大修期间管沟积水的影响,铁秦输油管道葫芦岛-绥中站间7月份最大开挖长度不超过1.0 km;若不考虑则该站间7月份最大开挖长度不能超过6.0 km.     

基于大数据挖掘的热油管道闭环安全生产体系

长输加热原油管道运行工艺复杂,安全生产与优化相互矛盾,且存在管道沿线油温理论计算误差大,管壁结蜡评估难度大等问题。本研究利用管道实际生产数据,基于数据挖掘算法从热力和水力两个方面,构建了热油管道闭环安全生产体系。其中热力系统是利用BP神经网络,ARMA和Seq2Seq算法模型,建立稳态和非稳态油温预测模型,预测误差小于0.5℃。水力系统则是通过分析管道清管后一定时间内管道摩阻,利用MEA-BP神经网络建立管道标准摩阻预测模型,可对高含蜡热油管道管壁结蜡情况进行有效评估。建立摩阻数据库,利用高斯公式,对历史摩阻数据进行分析,设置历史摩阻数据的90%、95%为预警值和报警值,有效监控由于管道结蜡等引起的长周期摩阻变化。将研究成果应用于指导HY热油管道工艺调整,实现节能达92.4%。基于生产数据建立的油温预测模型,构建的热油管道闭环安全生产体系,具有很好的适用性,为未来管道智能化控制奠定了基础。     

热油管道油温波动随机数值模拟及影响因素敏感性分析

综合采用有限容积法、有限差分法、Monte Carlo算法和POD算法建立埋地热油管道沿线油温的随机数值模拟算法,使用Sobol全局敏感性指标进行敏感性分析,综合评价出站油温、流量、压力、埋深、埋深处自然地温、土壤导热系数、油品黏度和密度的随机波动对管道沿线油温波动的影响。计算结果表明:进站油温模拟结果与现场油温均值偏差在0.1℃以内,标准差的偏差为0.006~0.023℃;出站油温、流量、埋深处地温和油品黏度4个参数的不确定性对四堡进站油温波动的敏感性指标之和为77.44%,河西站的该指标为80.86%,进站温度的随机数值模拟中主要考虑这4个参数的不确定性即可。     

成品油管道优化运行研究

利用成品油管道顺序输送的计算机离线优化仿真软件，可以安全、高效地使管道正常运营。分析了复杂成品油管道系统所有可能的工艺过程及管道沿线油品市场需求等因素，应用最优化理论建立了成品油管道优化运行数学模型，并用动态规划方法进行求解，同时编制了相应的优化运行软件。用该软件对兰-成-渝成品油管道的投产和当前的运行状况进行了优化模拟分析。利用该模型设计出了油品运移分输图、最优配泵方案和站场压力设置方案，可为管道运营预测提供可靠的依据。     

地源热泵间歇运行地温变化特性及恢复特性研究

针对土壤源热泵运行过程中地下传热衰减问题,进行了热泵间歇运行实验,测试分析了热泵间歇运行过程中地温变化规律及其对换热率和机组性能的影响.建立基于渗流的三维非稳态传热模型,对地下垂直U形埋管与周围土壤的热湿耦合传递进行数值计算,模拟了热泵运行状态下地温变化及热泵停歇状态下地温恢复特性;数值分析了土壤导热系数、土壤孔隙率、不同回填材料及太阳辐射能对地温恢复过程的影响.实验与数值计算都表明,热泵可控间歇运行策略对于改善地下传热,提高热泵系统性能具有重要作用,探讨热泵可控间歇运行问题对于地热能高效一体化利用具有理论意义.     

冻土导热系数试验方法对比研究

采用热线法和热流计法分别对粉质黏土的冻土试样和融土试样进行了导热系数的测定。两种试验结果均反映出导热系数随含水率增大而增大,随干密度增大而增大的变化规律。通过回归分析得出导热系数受含水率的影响明显大于干密度的影响。将两种试验方法所得结果进行比较,并进行差异显著性检验。两种试验方法中,热线法所得导热系数更大,而试验方法的不同对导热系数的数值影响十分显著。在实际工程中进行温度场模拟和热工计算时,需要选择适当的试验方法获取数据,以避免分析结果严重偏离实际。     

冻结壁温度场模型试验及其导热系数反分析

冻土导热系数是计算冻结壁温度场的重要参数，本文根据冻结壁温度场物理模型试验的结果，建立非线性多维导热系数反分析的数学模型，采用选择法和有限元法，反分析冻结壁整体导热系数，为冻结壁温度场数值分析和冻结壁厚度的设计计算提供参考。     

铁尾矿砂-膨润土混合材料导热性能

回填材料的导热系数是影响地源热泵系统性能的关键参数.在土壤中掺入石英砂、石墨、铁尾矿砂等导热性能较好的物质可以有效提高回填材料的导热性能.选用铁尾矿砂与钠基膨润土组成混合材料,制备不同掺砂率、不同干密度以及不同含水率的试样.使用TC3000E瞬态热线法导热系数仪测定试样导热系数,分析其与掺砂率、干密度、含水率、饱和度等...     

非饱和多孔介质有效导热系数模型

多孔介质有效导热系数是研究地源热泵、土壤及岩土热储、材料热质传递的重要参数,运用分形理论,建立了一种预测非饱和多孔介质有效导热系数的分形物理模型和相应的有效导热系数计算公式,基于MATLAB数值分析显示模型计算结果与实验测量值具有较好的一致性,并通过该模型探讨了相关微观参数对多孔介质有效导热系数的影响,结果显示弯曲度分形维数、孔隙率与多孔介质导热系数呈负相关,固液相占比、饱和度、固相基质边长与多孔介质导热系数呈正相关,当孔隙率大于78.4%时,导热系数较小的孔隙相对多孔介质有效导热系数影响较大。     

冻土导热系数试验方法对比研究

采用热线法和热流计法分别对粉质黏土的冻土试样和融土试样进行了导热系数的测定.两种试验结果均反映出导热系数随含水率增大而增大,随干密度增大而增大的变化规律.通过回归分析得出导热系数受含水率的影响明显大于干密度的影响.将两种试验方法所得结果进行比较,并进行差异显著性检验.两种试验方法中,热线法所得导热系数更大,而试验方法的不同对导热系数的数值影响十分显著.在实际工程中进行温度场模拟和热工计算时,需要选择适当的试验方法获取数据,以避免分析结果严重偏离实际.     

多年冻土区埋地输气管道导热系数实验研究

埋设于多年冻土区的输气管道的导热系数作为影响管道安全及周围多年冻土稳定性的因素之一,对于埋地管道及其周围多年冻土之间的热量交换过程有着重要影响。基于以上因素考虑,现场取回所需管道试样,结合室内热工实验,采用基于傅里叶导热定律的稳态测量方法并设计一种用来测量管道试样导热系数的新型导热性能实验测量装置。实验测定试样的导热系数为0.812W/m K,与理论计算的经验公式相对误差为2.1%,实验结果准确可靠,具有很好的稳定性和重复性。     

永冻区埋地热油管道热力计算

埋地热油管道通过永冻地带时,会导致土壤解冻,进而导致管道沉陷和土壤物性参数变化。分析管道周围土壤融化圈变化对管道系统的设计、施工和管理是必需的。考虑热油管道对其周围土壤的影响和半无穷大土壤的传热,提出了描述永冻地区土壤融化圈变化的数学模型。通过一定的数学处理得到了计算融化圈的特征线方程,并采用差分法进行求解特征线方程,获得了满意的结果。计算分析表明,这一方法是可行的。