油气管道泄漏土壤温度场的研究

论文摘要

随着管道运输在石油工业中的广泛应用,管道老化、腐蚀及其他自然或人为原因导致的油气管道泄漏事故频繁发生,使人们的生命财产和生存环境造成巨大的威胁,因此,管道泄漏检测技术成为管道安全运行、减少经济损失的重要保证。当前国外石油运输工业中已有采用光纤温度传感技术检测管道泄漏的应用,为了使光纤传感器以最少的布点获取更大的监测范围,需要研究埋地油气管道泄漏前后土壤温度场的变化规律,为合理布点提供理论依据。本文以油、气管道周围土壤温度场为研究对象,在查阅大量文献资料的基础上,开展了以下几方面的工作:1、对多孔介质理论、多相流基本理论做详细介绍,考虑土壤多孔介质的非饱和性,研究流体与土壤以及土壤孔隙中流体之间的传热传质机制,结合FLUENT处理多孔介质的方法,给出土壤多孔介质模型和流体的多相流模型。2、在前人对埋地管道周围土壤温度场研究的基础上,给出管道泄漏前周围土壤温度场简化物理模型和传热模型,对管道泄漏后的渗流场和温度场进行分析,考虑土壤多孔介质问题,建立管道泄漏后的数学模型,并设立合理的边界条件。3、建立三维实验仿真模型,设置仿真参数,分别对三种不同管道输送介质的情况进行仿真计算,将仿真结果与实验结果进行对比分析,验证了模型的正确性。模拟四种不同含水率的原油泄漏土壤温度场的变化情况,分析原油含水率对土壤温度场的影响。4、建立实际输油工程仿真模型,进行仿真计算,建立泄漏量与土壤温度影响区之间的函数关系。建立天然气管道周围土壤温度场模型,分析天然气管道泄漏后土壤温度场的变化规律及压力对温度场热影响区的影响。研究表明原油和天然气管道泄漏前后土壤温度场的变化趋势基本一致,表明所建立的数学模型具有通用性。研究得到了泄漏后的土壤温度场受原油含水率、泄漏速度、天然气输送压力的影响规律,为光纤传感器的合理布点提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文研究的主要目的和意义
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 CFD 软件及相关模型
• 2.1 计算流体力学（CFD）及FLUENT 软件概述
• 2.1.1 CFD 概述
• 2.1.2 FLUENT 软件简介
• 2.2 多孔介质模型
• 2.2.1 多孔介质的定义及性质
• 2.2.2 FLUENT 中多孔介质模型
• 2.2.3 多孔介质模型的建立
• 2.3 多相流模型
• 2.3.1 多相流的分类及其研究的复杂性
• 2.3.2 多孔介质中的多相流
• 2.3.3 FLUENT 中的多相流模型及其选取原则
• 2.4 本章小结
• 第三章 埋地管道周围土壤温度场模型的建立
• 3.1 埋地管道周围土壤传热分析
• 3.1.1 大地温度场分析
• 3.1.2 埋地管道周围土壤恒温层的确定
• 3.1.3 埋地管道周围土壤绝热层的确定
• 3.2 管道泄漏前周围土壤温度场二维模型的建立
• 3.2.1 二维物理传热模型的建立
• 3.2.2 二维数学模型及边界条件
• 3.3 管道泄漏前周围土壤温度场三维模型的建立
• 3.3.1 三维物理模型的建立
• 3.3.2 三维数学模型及边界条件
• 3.4 管道泄漏后周围土壤温度场三维模型的建立
• 3.4.1 控制方程的建立
• 3.4.2 边界条件
• 3.5 本章小结
• 第四章 仿真结果及分析
• 4.1 组份物性参数
• 4.1.1 原油的物性参数
• 4.1.2 天然气的物性参数
• 4.2 实验模型的建立
• 4.2.1 实验系统简介及几何模型的建立
• 4.2.2 实验测量数据及仿真参数
• 4.3 实验模型仿真结果及分析
• 4.3.1 仿真结果
• 4.3.2 仿真结果与实验结果对比分析
• 4.4 原油含水率对温度场的影响
• 4.5 实际工程仿真计算
• 4.5.1 仿真结果
• 4.5.2 泄漏量与热影响区的关系
• 4.6 天然气管道的仿真分析
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要