基于PHOENICS软件埋地输油管道非稳态传热数值研究

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埋地热油管道停输三维非稳态传热过程的数值模拟

第３卷第４０期
２１００年１２月
辽
宁
石
油
化
工
大
学
学
报
Ｖｏ．３０１ＮＯ．４Ｄｅ．２ＯＯｃ１
ＪＯＵＲＮＡｌＯＦＬＲＳＴＹＩ
文章编号：６２９２（０００ —０４ —０１７ —６５２１）４０７４
ＮｕｅｉａｍｕａｉｆＴｈｒｅＤｉｅｉｎ１Ｕｎｔａ－ＳａｅｍｒｃｌＳｉｌｔｏｎｏｅ— ｍｎｓｏａｓｅｄｙ－ｔｔＨｅｔＴｒｎｓｅｏｒｅＯｌＰｉｌｎｔＳｈｕｔｏｎａａｆｒｆｒＢｕｉｄＨｔＯｉｐｅｉｅａｄｗ
停输过程的非稳态传热模型，考虑了管道正常运行及停输过程中管内原油粘度，度，热，热系数随温度的变化密比导关系，时考虑了停输过程原油凝固潜热对温降的影响，表温度采用周期性边界条件，值模拟了埋地热油管道同地数运行至第二年３月末停输温降过程。研究表明，着停输时间的延长，道沿线各截面处管内原油固化过程各异且随管土壤温度场变化明显，定合理停输时间，管道安全启动提供理论指导。确为
关键词：埋地管道；停输；有限差分法；有限容积法；非稳态传热；数值模拟

基于PHOENICS顺序输送管道混油浓度紊流数值模拟

研究提供一个较为准确而便利的手段。
关键词
顺序输送；混油；数值计算；ＨＥＩＳＰＯＮＣ
紊流流态下运行，萁雷诺数一般应大于１×０。２１
０引言
２顺序输送紊流模型
对于顺序输送在管内形成混油的研究，传统的是从生产实测数据出发，或是从理论分析和推导出发并经实验数据修正，得到的一些混油量的计算公式，但由于影响混油的因素很多（如流速、管径、口条件等入等）混油界面在管道内的运动又十分复杂，，这些公式在使用时都有一定的局限性。本文基于ＰＯＮＣＨＥＩＳ软件对流场的计算，结合顺序输送过程中混油的特点建立了混油模型，并借助这个模型分析了流速和输送次序对混油浓度的影响。
目前工程上，紊流计算中所采用的基本方法是雷
诺时均法。为了使研究方程封闭，本文采用了Ｂｕｓｏｓ－ｉｓ假设，ｎｑｅ把紊流脉动值附加项与时均值联系起来。通过选择紊流模型最终使方程组封闭。忽略浮升力影响，非稳态的油品顺序输送混油的紊流数学模型如下：
终续方：警＝连性程∑ 。
动量方程（Ｓ方程）Ｎ— ：组分方程：
ｐ＋ｐ＝ｐ
（１）
１混油机理
在不同的流态下，油品在管道内交替时产生混油的机理是不同的。层流流动时，由于管中心液体的流速要比平均流速大一倍，这使得后行油品的油头呈楔形钻人前行油品当中，造成了截面上两种油品的不均匀分布，同时在油品的比重差及浓度差作用下，两种油品相互扩散，由此造成了相当大的混油量。因此并层流时的混油主要是由于管道截面上流速的不均匀分布造成的。而紊流流态时，其混油界面的速度分布比较均匀，时产生混油的主要原因是局部流速不均此匀、紊流脉动和分子扩散，混油量也远远小于层流。其因此，对顺序输送管道，为减少混油损失，管道在应使

埋地热油管道停输温降的CFD模拟

埋地热油管道停输温降的CFD模拟王敏;于远洋【摘要】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.%For buried hot oil pipeline shutdown temperature drop process, hot buried oil pipeline the physical and mathematical models be were established. And FLUENT software was applied to simulate temperature distribution of the different different soil thermal conductivity, different atmospheric temperatures. At the same time the basis of steady-state simulate non-steady-state is obtained temperature distribution and velocity field distribution after the analog shutdown and temperature distribution under different oil. Different conditions of temperature field distribution under the influence is obtained. It is important for majoring pipeline construction and drawing up the craft of hot crude oil transportation.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(000)022【总页数】5页(P5281-5285)【关键词】热油管道;温度场;停输;FLUENT;数值模拟【作者】王敏;于远洋【作者单位】东北石油大学石油工程学院,大庆163318;大庆市红岗区人民政府办公室,大庆163511【正文语种】中文【中图分类】TE832.34我国所产原油80%以上为凝点较高的含蜡原油。

埋地热油管道非稳态水力热力工况的数值模拟及应用研究的开题报告

埋地热油管道非稳态水力热力工况的数值模拟及应用研究的开题报告一、研究背景随着能源需求的增长和环保意识的不断增强，地热能作为一种清洁、可再生和持续的能源形式，在热力领域得到了广泛应用和研究。

而地热能的开采受到地质、水文、物理等方面的因素影响，因此提高地热能有效利用的方法之一就是通过埋设地热油管道对地热能进行传输。

然而由于地下环境的复杂性，地热油管道的水力热力特性涉及到热传递、机械运动和流体动力学等多个方面，因此需要对其非稳态水力热力工况进行深入研究。

二、研究内容本研究旨在对埋地热油管道的非稳态水力热力工况进行数值模拟和分析，从而探究其在地热能传输中的应用。

具体研究内容如下：1. 分析地热能传输系统的基本运行原理及设备组成。

2. 建立埋地热油管道的数学模型，考虑流体动态学、热传递、机械运动等多个因素。

3. 使用CFD软件进行数值模拟分析，研究管道内流体的运动规律、温度分布以及热传递特性等。

4. 对管道不同工况下的流体动力学特性、热传递效率等进行对比分析。

5. 在数值模拟的基础上，探究埋地热油管道在地热能传输中的应用潜力及其优化措施。

三、研究意义和创新点通过本研究，可深入探究埋地热油管道的非稳态水力热力工况，并为地热能传输系统的线路设计、运行优化提供理论依据。

具有以下几个意义：1. 探究地热能传输中埋地热油管道的水力热力特性，对地热能的利用和开发提供科学依据。

2. 建立非稳态水力热力模型，对地热油管道内的流体动力学、热传递等运动特性进行数值模拟，提高了研究方法和手段。

3. 针对不同工况进行对比分析，探究优化管道设计和操作的措施，为地热能传输系统的运行和维护提供参考。

四、研究方法和技术路线1. 文献调研：通过查阅相关文献，了解埋地热油管道的研究现状、发展趋势和存在问题。

2. 理论分析：基于流体动力学、热传递等原理，建立埋地热油管道的非稳态水力热力模型。

3. 数值模拟：使用CFD软件对管道内流体的运动规律、温度分布以及热传递特性等进行数值模拟分析。

基于PHOENICS软件原油电加热器数值模拟研究

目前，国内工业用电加热器的设计还没有相应的标准规范，且相关的技术文献也较少，对电加热
出口
器的设计完全凭借经验。关于电加热器的内部结构，有的生产厂家推荐加折流板结构，有的建议无折流板结构，但是，折流板结构的影响却一直无人论证。
摘要目前，国内工业用电加热器的设计还没有相应的标准规范，且相关的技术文献也较少，对电加热器的设计完全凭借经验，关于电加热器内部折流板结构的影响一直无人论证。建立了三
维电加热器数学模型，并利用ＰＨＯＥＮＩＣＳ（传热学与流体力学计算软件）对模型进行了数值求解。通过中国海油ＱＨＤ３２～６项目中某原油电加热器的设计实例，分析了有无折流板和折流板不同间距的模拟情况。模拟分析结果与工程实际吻合较好，为今后电加热器的设计提供了理论基础。
关键词电加热器；ＰＨＯＥＮＩＣＳ；数值模拟；传热；折流板
中图分类号：ＴＥ９７３．７文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉＳＳｒ１．１００４ — ２９７０．２０１４．０２．０１４
雷诺方程：
Ｏｔ
＋ ∑
Ｊ
流体传热、热力与水力相耦合过程，该过程涉及流体的连续性方程、动量方程和能量方程。一般情况

埋地输油管道非稳态传热数值研究

ＺＩＮｉ－ｎ，ＨＯＨｉｕ，ＨＮｉｇｇｏＷＡＧＳｕｌＩＧＱｎｓｇＺＡｕｊｎＺＡＧＱｎ－ｕ，Ｎｈ－－Ａｇｏ－ｉ
（ｉｇｕＫｙＬｂｒｔｒｆｎａｄＧａｔｒｇｎｒｎｐｒｆｍｅｈｏｇ，ＪｎｓｅａｏａｏｙｏｎｓｏａｅａｄＴａｓｏｔｌＴｃｎｌｙａ０Ｓａ￣ｏ
ｈｍｅｆｓｏｐｎａｄｒｓｔｇｔｎｐｒｔｎｉｌｎｅｍｉｅｔｕｅｇｏｅｈｄｐｐｉ．ｈａｍａｃｌｍｏｅｎｏｎａｙｔｅｔｏｔｐｉｎｅｔｒｎａｓｏｔｏｎａｌｉｔｒｔｎｄｒｒｕｄｈａｅｉｌｅＴｅｍｔｅｔａｄｌａｄｂｕｄｒｉｒｇａｉｒａｉｔｎｎｅｎｈｉ
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２０年０７
警适披木５诅各
ＰｐｌｅＴｃｎｑｅａｄＥｕｐｎｉｅｉｅｈｉｕｎｑｉｍｅｔｎ
２０７Ｏｒ
Ｎ．ｏ１
第１期
埋地输油管道非稳态传热数值研究
０引育为降低黏度，减少摩阻损失和防止凝管，热输送是国内加原油的主要输送方式，且长输管道大多采用埋地敷设…。在埋地热油管道的运行过程中，由于热油温度远远高于周围土壤温度，在径向温差作用下，油流所携带的热量不断向周围环境扩散，导致其油温与土壤温度不断变化。这一过程是非稳态热力过程。研究输油管道非稳态热力过程的关键是分析管道周围非稳态温度场。文中将在有限区域内建立非稳态热油管道土

基于PHOENICS顺序输送管道内两种油品传质数值研究

警＋Ｐ
＝罄＋一
Ｐ
毒考＋一ｃ）］２
质量输运方程
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第６期
赵会军等：基于ＰＥＣＨＯＮＩＳ顺序输送管道内两种油品传质数值研究
．２．３
Ｐ十ＰＰ
ａ＋Ｃ
Ｐ
一
油界面在管道内的运动又十分复杂，这些公式在使用上还存在其他一些局限性，例如输送次序、一些管
件、阀件、高差等的影响在公式中都没有考虑。为此，文基于计算流体力学软件ＰＯＮ本ＨＥ．
步的时均处理而使控制方程封闭。本文通过
Ｂｕｓｅ假设，ｏｓｎｓｉｑ引入脉动所造成的Ｒｙｏｓｅｎｌ应力ｄ及质量输运流率，最后利用惫ｓ两方程，、使研究方
１混油模型建立
１１基本方程．对顺序输送管道，为减少混油损失，应使管道在紊流流态下运行［目前工程上，。紊流计算中所采用的基本方法是雷诺时均法。在这种方法中，把非稳态的控制方程作为时均运算，但在所得出的时均方程中又包含了脉动量乘积的时均值，于是所得方程的个数小于未知量的个数，而且不可能依靠进
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第３卷第６期３
２００６焦
北京化工大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬＥＩＩＯＦＢＪＮＧＵＮＩＲＳＴＹＶＥＩＯＦＣＨＥＭＩＡＣＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖ０．３１３．Ｎｏ，６２００６
：Ｐ
ＩＰ【Ｉ例１管内混油浓度随时间变化规律Ｆｌ￣］【Ｌ）ＪＩ．丽Ｃ一

基于PHOENICS软件停输对顺序输送管道混油研究

二种油品，当初始混油界面前进５米时，由于紧急事
紊流脉动所造成的质量输运流率：
— —
故需停输。
…
ｒ
—
当竖直向上顺序输送油品时，停输发生前后混
油情况与混油段浓度分布如图１图２所示。、
ｐ“ －
、
速度矢量；表示密度；ｐ表示质量力矢量；、ｆ “ “为空间脉动速度矢量；ｐ表示压力；ｒｃ是紊流Ｐ（）ｔｓｈｉ数；ｄｃ是层流ｓｈｉ数；是紊流ｃｍｄＰ（）ｔｃｍｄ、ｔ
质量输运方程：
００
＿
（２）
ＯＣ
一
ｐ
＝ｐ
＿
基金项目：中石化集团公司项目（５４０．Ｘ００７）作者简介：庆国（９２一）男，南安阳人，士生张１８，河硕
［
…
ｔＬＸ
，
…
，
］
（）３
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第６卷第３期２００６年９月
兰州石４５＆技术学院学报ｔ￣５
ＪｕｎｌｏａｚｏｅｒｃｅｃｌＣＨｇｆＴｃｎｌｇｏｒａｆＬｎｈｕＰｔｈｍｉａｏｅｅｏｅｈｏｏｙｏ
Ｖ０．Ｎｏ３１６．Ｓｐ．，２０ｅ０６
文章编号：６１— ０７２０）３— ０１０１７４６（０６０００ — ３
基于ＰＯＮＣＨＥＩＳ软件停输对顺序输送管道混油研究
张庆国，张青松，赵会军，王树立

基于PHOENICS的顺序输送大落差管道混油研究

（１）
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石油天然气学报（江汉石油学院学报）
２０年８０６月
Ｐ＋Ｐ
质量输运方程：
Ｐ
一篙＋等＋）ｉＰｘ（篝一Ｕ３［ｊＵｊ
一［薏一Ｐ］㈤
（４）
（５）
酱＋Ｐ
紊流脉动所造成的应力：
一
（＋）警等一
紊流脉动所造成的质量输运流率：
一一ｐｉ一／，ｕ￡－－（
式中，ｚ表示空间坐标；，，表示空间时均速度矢量；Ｄ示密度；』质量力矢量；Ｕ为空间脉ｚ，己Ｕｊｆ表Ｆ表示Ｕ，ｊ
义。
１高差混油模型
对顺序输送管道，为减少混油损失，应使管道在紊流流态下运行。目前工程上，紊流计算中所采用的基本方法是雷诺时均法。在这种方法中，把非稳态的控制方程作为时均运算，但在所得出时均方程］
张国忠（中国石油大学（华东）储建学院，山东东２７６）营５０１
周诗岽，王树立（苏工学院。储技 ’ 苏重点验江江业油气运术江省实室，苏常２０）州１１３６
［摘要］建立了顺序输送高差混油模型，通过计算流体力学软件ＰＨＯＥＣＮＩＳ对它进行了模拟。分析了竖
中又包含了脉动量乘积的时均值，于是所得方程的个数小于未知量的个数，而且不可能依靠进一步的时均处理而使控制方程封闭。通过Ｂｕｓｎｓｏｓｉｅｑ假设，引人脉动所造成的Ｒｅｎｌｓ力及质量输运流率，ｙｏｄ应最后利用／ｔ＇方程紊流模型，使研究方程组得到了封闭。高差混油模型时均方程组如下：－Ｅ两

顺序输送管道混油浓度PHOENICS数值模拟

和正确实施管道终端切换油品的重要条件。传统的分析方法是经过大量简化的一维？油模型，，昆但是在解释混油的形成、发展及截面速度分布对混油影响上不够精确… 。邓松圣采用二维混油模型虽成功地解决了上述问题，但仅考虑了速度分布、分子扩散及紊流脉动扩散对混油的影响，且只适用于油品物性相近的情况。而影响混油的因素很多，混油界面在管道内的运动又十分复杂，这些公式在使用上还存在其他一些局限性。为此，本文基于计算流体力学软件ＰＯＮＣ＿ｊ结合顺序输送过程中混油的特点ＨＥＩＳ２，
摘要针对现有一些顺序输送混油计算公式中存在的问题，｜一在『占紊流模型和使ｃ
用壁面函数法处理近壁区问题的理论基础上，出了顺序输送混油新的模型，提并利用ＰＯＮＣ软件成功地对该模型进行了数值求解。且首次以图像的形式直观地显示出管内ＨＥＩＳ的混油浓度分布，并通过浓度曲线的对比，对油品输送次序对混油的影响进行了分析。研究结果表明：算机模拟能够为顺序输送混油机理的研究提供一个较为准确而便利的手段。计
紊脉所成质输流：＝ｌＣ流动造的量运率一＿０
（４）
（５）
紊流粘度系数：＝Ｋ／ｅ（）６式中、表示空间坐标；Ｕ、表示空间时均速度矢量；为时间；ｉｔｐ为密度；Ｆ为质量力矢量；为空间脉动速度矢量；为前行油品脉动平均体积浓度；ｃＰ为压力；ｒｃ为紊流Ｓｈｉ数；ｒＰｔ）（ｃｍｄｔＰｌｉ、（）ｃ为层流Ｓｈｉ数；ｃｍｄｔ分别为紊流和层流运动粘度；Ｃ为前行油品的时均体积浓度；Ｋ为紊流脉动动能；占为紊流脉动动能耗散率；占为剪切层厚度。Ｊ

埋地热油管道沿程温降的数值模拟

（ｏｔｅｓｅｒｌｍｉｅｓｙＤｑｎ６３８ＣｉａＮｒｈａｔｔｏｅＵｎｖｒｉ，ａｉｇ１３１，ｈｎ）Ｐｕｔ
ＡｂｔａｔＡｐｌｉｇｆｅｔｓｆｒｏｅｔｂｉｈａｐｙｉｓｌｄｌｏｕｅｏｉｐｐｌｅｕｄｒ３ｅｔｎｕａｒｓｎｓｒｃ：ｐｙｎｕｎｏｔｅｔｓａｌｈｓｃａｌｗａｓｍｏｅｆｂｒｄｈｔｏｌｉｅｉｎｅＤｒｃａｇｌｒＣａｔｉｉｎｅａ
易凝、高黏油品的凝点高于管道周围环境温度或在环境温度下油流黏度很高时，能直接采用等温输不送的方法，热输送是目前最常用的方法 … 。热油管加道大部分都采用埋地敷设。对于埋地原油管道，热传过程由以下部分组成，管内原油以对流方式将热量即传给凝油内侧，凝油、而管壁、温层、缘层等通过保绝
反映出埋地热油管道沿程温降的基本特征，为实际生产管理提供科学的依据，于指导油田的输油可对
生产、管道安全运行和节能降耗具有重要意义。
关键词：ｕｎ；油管道；ｌｆｅｔ热沿程温降中图分类号：Ｅ３Ｔ８２文献标识码：Ａ文章编号：０４— ６４２１）１０５— ３１０９１（０２０ —０１０
ｍｅｔｓｇｉｃｎｅｔｉｉｇｏｌｔｓｏｎｒｄｃｉｎｆｒｏｌｅｄ，ｉｅｉｅｓｆｐｒｔｎａｄｅｅｇａｉｇｎ，ｉｎｆａｃｏｇｄｎｉｒｐｒａｄｐｏｕｔｉｆｌｓｐｐｌａｅｏｅａｉｎｎｒｙｓｖｎ．ｉｕａｎｔｏｏｉｎｏ

埋地输油管道非稳态传热数值研究

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２００７年５月
炼油技术与工程ＰＴＯＥＭＲＦＮＲＮＩＥＲＮＥＲＬＵＥＩＥＹＥＧＮＥＩＧ
第３７卷第５期
镧
埋地输油管道非稳态传热数值研究水
（）１
作者简介：蒋绿林，副教授，０６年获得东南大学动力系专业２０博士学位，现在江苏工业学院从事教学与科研工作，要研主
究可再生能源Ｅｍｉｆ９ａ＠１６ｅｍ — ａｌｑｈｏ２．ｏ：
动方：（＋ｐ）一＋量程暑ｐ）（＝ｕｕ
土导方：＝挚＋壤热程安警＋挚ｐ
（）８
２源项及边界条件处理
对于边界条件的处理采用与真实源项相同的
线性化处理方法ｊ将边界上的未知量从方程。
在流动与传热问题求解中所需求解主要变量
（速度及温度等）的控制方程可以表示成通用的
时刻的管道周围土壤温度场的分布。这些问题的求解可为管道安全、经济启输投产提供保障。关键词：管道温度场启输数值计算数学模型ＰＯＮＣＨＥＩＳ
在埋地热油管道启输过程中，准确地掌握管道周围土壤温度场随时间的变化规律，于合理对确定投油时间具有重要的实际意义。对埋地热油
程Ｊ该过程数学描述相当复杂，及管内油流，涉
的连续性方程、动量方程、能量方程和管外土壤导热方程。预热介质在管道内流动时一般处于湍流

基于PHOENICS软件盲支管对顺序输送管道混油研究

ＺＡｕｊ，ＨＮｉ－ｒｌＺＡＧｃＨＯＨｉｕ－ｎＺＡＧＱｎｓ￣，ＨＮｇｏ。，Ｎｈ－ＷＡＧＳｕｌｉ
（．＇￣ｌｅａｍ０ｙｏｉ＆ＧｓＳｏａｅａｄＴａｓｏｔｔｎＴｄｌｙＪｅｓｕＰｌｅｈｋＵｉｒｉ，１ＪｎｙＩｔｎｔｆｌｍＫｒＯａｔｒｇｎｒｎｐｒａｅｅｍｏｇ，ｔｓｏｔｃｎｎｖｓｙｉｏｎｙｅｔＣａｇｌｅ２３１，ｈ；．ｏｅｅｏ１嘞唧０＆ＣｖＯｎｅｉｇｉｅＣｉｈｎｚｏ１０６Ｃ￣２Ｃａｇｆ、ｉｎｌｉｒｅｒｔｈｎｌｘｉ＿ｎｎｈａＵｉｒｔｆｅ￣ｅｎＤｎ７６，ｈｎ）ｎｅｓｙｏＰｌｌ，嘎瞎ｇ２０１Ｃｉｖｉｌｎ５ａ
ｏ＇ａｅｓｔｎｉｃｎａｎｔｎｉａｃａｓｏｔｔｎｃｕｄｈｎｅｔａｅｆｔｋｔｉｓＯｏｔｍｉａｉｂｔｈｔｎｐｒｉｏｌｉｖｓｇｔｄ．ａｏｌｏｎｒａｏｅｉ
Ｋｅｙｗｏｄ：ｌｄｐｐｌｅａｃｒｎｐｒｔｎｎｍｅｉｌｃｌｕａｏＰｒｓｂｉｉｅｉ；ｂｔｈｔｓｏｔｉ；ｕｒａａｃｌｔｎ；ＨＯＥＣ；ｃｎａｎｔｎｎｎａａｏｃｉＮＩＳｏｔｍｉａｏｉ
ｅｉｔｇｃｌｕａｉｎｆｒｌｓｏｏｔｎｔｎｉａｃａｓｏｔｏａｎｗｍｏｅｆｃｎａｎｔｎＯｌｔｅ缸ｅｔｒｕｅｔｎｌａｅｎｘｓｎａｃｌｔｏｍｕａｆｎａａｏｎｂｔｈｔｎｐｒｔｎ．ｅｄｌｏｔｍｉａｉｉｈｉｏｃｍｉｉｒａｉｏｏｕｂｌｎ￣ｅｈｓｂｅｌｐｏ￣ｒｐ．ＮｍｅｃｌｓｌｔｎｆｒｔｉｍｏｅａｅｎｉｖｓｇｔｄｗｔｅｈｌＰＥＣｕｒａｉａｏｓｄｌｓｂｅｅｔａｅｉｔｅｐｏＨＯＮＩＳ．田ｌｅｅｔｐｐｌｅＩｏｔ－ｉｍｕｉｏｈｈｎｉｈｈｆｅｆｂＩｉｅｉｃｎａｃｏｆｎｏｍｉ

顺序输送管道混油浓度PHOENICS数值模拟

顺序输送管道混油浓度PHOENICS数值模拟赵会军;张青松;张国忠;王树立【期刊名称】《后勤工程学院学报》【年(卷),期】2007(023)001【摘要】针对现有一些顺序输送混油计算公式中存在的问题,在κ-ε紊流模型和使用壁面函数法处理近壁区问题的理论基础上,提出了顺序输送混油新的模型,并利用PHOENICS软件成功地对该模型进行了数值求解.且首次以图像的形式直观地显示出管内的混油浓度分布,并通过浓度曲线的对比,对油品输送次序对混油的影响进行了分析.研究结果表明:计算机模拟能够为顺序输送混油机理的研究提供一个较为准确而便利的手段.同时也对影响混油的其他一些因素(高差、阀件、温度等)的研究提供了参考与帮助.【总页数】4页(P25-28)【作者】赵会军;张青松;张国忠;王树立【作者单位】江苏工业学院江苏省油气储运技术重点实验室,常州,213016;中国石油大学(华东)储建学院,东营,257061;江苏工业学院江苏省油气储运技术重点实验室,常州,213016;中国石油大学(华东)储建学院,东营,257061;江苏工业学院江苏省油气储运技术重点实验室,常州,213016【正文语种】中文【中图分类】TE73【相关文献】1.停输对顺序输送管道混油影响的PHOENICS模拟 [J], 赵会军;张青松;张国忠;赵书华;王树立2.基于PHOENICS的原油顺序输送管道混油数值模拟 [J], 朱莹;王树立;史小军3.PHOENICS数值模拟顺序输送管道混油浓度 [J], 张青松;王宏;陆焱洪4.基于PHOENICS顺序输送管道混油浓度紊流数值模拟 [J], 张青松;赵会军;赵书华;王树立5.基于PHOENICS的顺序输送管道混油浓度数值计算 [J], 赵会军;张青松;张国忠;周诗岽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

热油管道非稳态工况传热与流动的耦合计算模型

热油管道非稳态工况传热与流动的耦合计算模型
崔慧;吴长春
【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2005(029)003
【摘要】在进行热油管道工艺计算和运行工况分析时,通常将热力非稳态工况近似按稳态处理,这使得计算结果与实际情况偏差很大,不能客观地反映实际工况.在充分考虑管内油流热力、水力耦合以及管内油流与管外介质耦合的基础上,提出了一个比较完整的非稳态工况传热与流动双层耦合模型.采用双特征线法求解管内油流参数,用有限单元法求解管外土壤温度场,并编制了相应的计算程序.利用该模型和英国ESI公司的管道模拟软件TLNET分别对所建立的几种热油管道非稳态工况进行了模拟计算.结果表明,该模型比较合理,可用于热油管道非稳态工况的计算.
【总页数】5页(P101-105)
【作者】崔慧;吴长春
【作者单位】中国石油大学石油天然气工程学院,北京,102249;中国石油大学石油天然气工程学院,北京,102249
【正文语种】中文
【中图分类】TE832.3
【相关文献】
1.埋地热油管道停输三维非稳态传热过程的数值模拟 [J], 许丹;申龙涉;杜明俊;陈忠华
2.燃气源控制气流非稳态耦合传热问题研究(Ⅰ)--计算模型和方法 [J], 许坤梅;张平
3.热油管道与土壤环境间不稳定传热的耦合研究 [J], 崔慧
4.热油管道非稳态流动传热数值模拟研究进展 [J], 凌霄
5.热油管道不饱和输送工况下总传热系数的取值 [J], 杨军;钟仕荣;王建华
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基于PHOENICS的地下工程岩土耦合传热动态模拟

基于PHOENICS的地下工程岩土耦合传热动态模拟王琴;程宝义;缪小平【期刊名称】《建筑热能通风空调》【年(卷),期】2005(024)004【摘要】传统的静态极限设计方法已经不能满足地下工程内部环境保障系统设计的经济合理有效要求.本文主要针对深埋地下工程的间歇加热工况,对工程内部环境与周围岩石的温度分布及耦合传热情况进行动态分析,并进一步指导动态设计.简化间歇机制下深埋拱形地下建筑的数学物理模型,采用整场求解方法,通过建立流体和固体区域的统一控制微分方程,将复杂的固体导热与流体对流换热通过彼此互为边界条件耦合起来.整个数值模拟过程采用大型计算软件PHOENICS 3.4进行求解,并对现有软件程序加以改进得出经验模型,使CFD软件能更广泛应用于地下工程的通风空调设计中,为求解非稳态的导热和对流换热耦合问题提供了一种新的可行研究方法.此外还具体分析了进风风速、室内热源等方面的因素对温度分布的影响.【总页数】6页(P19-23,77)【作者】王琴;程宝义;缪小平【作者单位】解放军理工大学工程兵工程学院;解放军理工大学工程兵工程学院;解放军理工大学工程兵工程学院【正文语种】中文【中图分类】TU8【相关文献】1.浅谈岩土力学与地下工程结构分析计算的若干进展 [J], 朱煜娟2.城市地下工程环境岩土工程的研究方法--以南京城市正在兴起的大规模地下工程为例 [J], 倪宏革;朱建德;孟祥波;石云3.向地下探索——深部岩土力学与地下工程国家重点实验室 [J],4.基于注册岩土工程师考试下地下工程课程案例教学研究 [J], 李大志;孙倩5.第七届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会暨海峡两岸岩土工程和地下工程青年科技研讨会将于2008年8月下旬在大连市召开 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

渗流对海底热油管道停输温降规律影响的数值模拟

渗流对海底热油管道停输温降规律影响的数值模拟王敏睿;马贵阳;李丹;曹先慧;刘勇峰;王新;曾强【摘要】The research of shutdown temperature drop rule in heate d oil pipeline was the primary condition to ensure the safe restarts of the pipeline.According to the characteristics of service environments of submarine oil pipeline,based on the theory of porous media heat transfer,the submarine soil moisture-heat coupling equation was established.Regularity of change of oil temperature was simulated in submarine pipeline during shutdown with time by software.The factors of effecting,such as thermal insulation layer,temperature of seepage flow and speed of seepage flow and so on,were analyzed,which decided a rational time for shutdown and provided a theoretical guidance for safe submarine oil pipeline startup.%对热油管道停输温降规律进行研究，是确保管线安全启动的首要条件。

针对海底热油管道运行环境特点，基于多孔介质传热理论，建立了海底土壤水热耦合控制方程，用软件模拟了海底管道停输过程中温度随时间的变化规律，分析了保温层、渗流温度、渗流速度等因素对管道停输温降的影响，确定了合理的停输时间。

埋地热油管道沿程温降的数值模拟

埋地热油管道沿程温降的数值模拟王常斌;徐洋;赵艳红;陈海波【摘要】运用fluent软件在三维笛卡尔直角坐标系下建立埋地热油管道的物理模型,分别对不同传热系数和不同流速的热油管道以及非稳态环境下的热油管道进行数值模拟,得到热油管道轴向温度的分布图,通过改变管道总传热系数和流速分析其温度的变化规律并时其进行比较分析.计算结果很好地反映出埋地热油管道沿程温降的基本特征,可为实际生产管理提供科学的依据,对于指导油田的输油生产、管道安全运行和节能降耗具有重要意义.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】3页(P15-17)【关键词】fluent;热油管道;沿程温降【作者】王常斌;徐洋;赵艳红;陈海波【作者单位】东北石油大学,黑龙江大庆163318;东北石油大学,黑龙江大庆163318;东北石油大学,黑龙江大庆163318;东北石油大学,黑龙江大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TE8320 引言易凝、高黏油品的凝点高于管道周围环境温度或在环境温度下油流黏度很高时，不能直接采用等温输送的方法，加热输送是目前最常用的方法[1]。

热油管道大部分都采用埋地敷设。

对于埋地原油管道，传热过程由以下部分组成，即管内原油以对流方式将热量传给凝油内侧，而凝油、管壁、保温层、绝缘层等通过导热的方式将热量传递给周围土壤，再经地面与大气换热，由于油流远高于周围的环境温度，油流所携带的热量不断地往管外散失引起温降。

因此，研究热油管道的温降规律，对热油管道的运行有着深远的意义[2]。

1 热油管道沿程温降计算1.1 数学模型油流在加热站加热到一定温度后进入管道[3-4]，在管道流动中不断向周围介质散热，使油流温度降低。

工程上将正常运行工况近似为热力、水力稳定状况，在此前提下进行轴向温降计算。

1.1.1 控制方程质量守恒方程：(1)式中：u为x轴方向速度，m/s；v为y轴方向速度，m/s；x为x轴方向位移，m；y为y轴方向位移，m.动量守恒方程：(2)式中：ρo为原油密度，kg/m3；Fx为x轴方向受力，N；p为压力，MPa；η为表观黏度，Pa·s；τ为切线方向。

PHOENICS求解非稳态导热对流及辐射换热耦合问题

) Ε c Ρb ( T - T 为辐射换热系数; Ρb = Tw- T f 5. 67 × 10- 8 W (m 2 K 4 ) 为 Stefan 2 Bo ltzm ann 常数;
时间步长。各种有关物质的热物性参数取值为
Κ (W m - 1 K - 1 ) Θ (kg m - 3 ) cp (J kg - 1 K - 1 ) 发热物质 01110 8 1 11110 1 58216 保护纸 0114 730 1 500 金属筒壁 109 8 440 377 空气 01026 7 11093 1 005 木箱 0115 527 2 800
( 4) ( 3) ( 2)
竖直壁面: 2 Α cH 0. 387R a 1 6 N u= = 0. 825 + , 9 16 8 27 Κ [ 1 + ( 0. 492 P r ) ] ( 10- 1 < R a < 1012 ) ; 上水平壁面: Α W 2) c( N u= = 0. 54R a 1 4 , Κ (R a = 2 × 104 ～ 8 × 106 ) , Α W 2) c( N u= = 0. 15R a 1 3 , Κ (R a = 8 × 106 ～ 1011 ) ; 下水平壁面: Α W 2) c( N u= = 0. 58R a 1 5 , Κ (R a = 105 ～ 1011 ). 式中其他各物理量的含义为: u , v 为在 x , y 方向上, 金属圆筒外壁面与木箱内表面之间的空气自然对流的速度分量; Λ 为动力粘度; v 为运动粘度; T w 为包装箱外表面的平均温度; T f 为空气温度;
只有当两种不同物质的定压质量热容相同时, 即 cpW = cp P 时, 式 ( 11) 与 ( 10) 相同。对于非稳态传热过程, 物质的定压质量热容对热传递过程有直接影响。因此, 不能采取假设 cpW = cp P 的办法, 解决非稳态传递过程中, 不同物质的交界面处热流密度连续性问题。解决这一问题的方法之一是采用 “虚拟密度 [3 ] 法” , 即用 Θ 。于 cp 取代微分方程式 ( 4) 中的密度 Θ 是, 能量微分方程式 ( 4) 可以变换为: 9h 9h 9h Θ cp + Θ cp u + Θ cp v = 9t 9x 9y cp v 9 h cp v 9h 9 Θ 9 Θ ( 12) + + qv 9x P r 9x 9y P r 9y 对比式 ( 12) 与 ( 5) 可以发现, 采用 “虚拟密度法” 后, ( ) 用 PHO EN ICS 114 版本所求解出的比焓 h 值实际上就是温度值 T 。为此, 需要将程序中关于焓的初始值及边界条件中有关焓的值均给成相应的温度值。这种方法既适合于存在固体—固体界面, 也适用于存在固体—流体界面的计算域中, 能量方程的求解。由于自然对流速度场与非稳态温度场是相互耦合的, 对于每一时间步长, 动量方程、连续性方程和能量方程在相互耦合求解之后, 再进入下一个时间步长。PHO EN ICS ( 114 版本) 在求解非稳态导热与自然对流换热耦合问题的过程中, 要求控制方程组

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系
数
λ y
= 0. 13W / (m·℃) ,导温系数 ay
= 0. 00025
m2 / h, 比热容 Cy
=
2.
1kJ / ( kg· ℃) ,
密度
ρ y
=
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
新疆石油天然气
2007年
管道影响几乎可以忽略不计。土壤温度场与初始温
(2) 数值模拟结果与工程现象完全吻合 ,证明
度场曲线达到了重合。在管道水平方向 , 距管道中了该软件完全能够对输油管道与土壤之间非稳态
心 3米处 ,温度几乎达到稳定值 ,与初始温度相同。时温度场的变化进行模拟。同时能为类似的传热问
间 , s; as 为土壤导温系数 , m2 / s;λs 为土壤导热系
数
,
W
/
(m ·℃)
;α,
α s
为土壤表面向大气的放热系
数和原油与管内介质向土壤的当量放热系数 ,
W / (m ·℃) , RN 为管道外半径 , m; Th为大地恒温层温度 , ℃。
λ 5Ts s 5r
r =RN
=
-
α s
( Toin
-
Ts )
(2)
λ 5Ts s 5y
y =0
= - α( Ts
-
Tf )
(3)
收稿日期 : 2006 - 11 - 11 作者简介 :张青松 (1982 - ) ,男 ,江苏工业学院在读硕士 ,主要从事油气储存与运输研究。
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定了基础 ,同时也能为冷热油交替顺序输送过程热力问题的研究提供基础与捷径。
1 物理数学模型建立
忽略土壤沿管轴 Y方向的温度梯度 , 问题转化
为二维无内热源的非稳态传热问题 [2 ] 。受管道内油
品温度影响 ,热油管道周围将形成一个以管道为中
心的土壤热影响区域。由于管外土壤为无限大的空
间 ,因此将管外热影响区域简化为矩形 , 大小由水
合于管内传热传质问题的计算。
2. 1 PHO EN ICS控制方程 PHO EN ICS将质量守恒、动量守恒、能量守恒
和其它守恒特性等控制方程统一为通用偏微分方
程式 ,以此来描述流体的流动、传质传热、化学反应
等物理现象。通用控制方程的形式如下 :
5 (ρΦ ) 5t
+ d iv (ρUΦ - ΓΦ, eff g radΦ )
图 4 温度随时间变化 (管中心为圆点坐标 )
图 5 温度随距管道中心距离变化 ( T = 500h) 在管道运行过程中 ,管外土壤与管内原油作为
一个整体发生着温度变化。从图 4中 , (1. 0, 0) 、(0, 0. 6) 、(1. 5, - 1. 2) 三个点土壤温度变化可以看出 ,沿 X轴方向及沿 Y轴方向土壤温度随运行时间增多 ,土壤吸热量增多 ,温度继续呈上升趋势 ,只是曲线越来越平滑 ,温度变化越来越小。
用有限体积法对控制方程进行离散 , 其离散形式
为:
aPΦP = aNΦN + aSΦS + aEΦE + aWΦW + aHΦH +
aLΦL + aTΦT + SΦ
(7)
这里 Φ 代表变量 ,下标 P, E, W , N , S, H, L 表示
该变量所处的位置如图 1所示 , 下标 T代表前时步时间的值 , a代表系数。
因此 , 管外土壤温度的变化集中在管道周围一个题 (停输 ,间歇输送 ) 研究提供了行之有效的解决
不大的区域 ,该区域的大小受到管道内油温及土壤方法 ,为冷热油交替顺序输送过程热力问题的研究
介质等因素的影响。同时也证明了无限的区域简化提供基础与捷径。
为有限的热力影响区域 ,这是完全可行的 , 大大简
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图 1 变量所处位置 2. 2 边界条件处理
PHO EN ICS软件对于边界条件的处理采用附加源项法 [ 4 ] 。将边界上的未知量从方程组中消去 , 并在邻近边界的节点方程中添加。对于简单的边界条件 ,如模型中的大地恒温层温度 ,属于第一类边界条件 ,直接可以给它赋值。对于第二类边界条件 , 模型中的受管道水平影响几乎可以忽略不计的左右两个竖直面 ,可以通过 VR界面进行设置 ,本模型选为绝热面 ( ad iaba tic) 。大地与环境的交界面 , 管道流体与管壁都属于第三类边界条件 ,需要自定义源项 ,可以直接在 VR 界面进行设置或通过 P IL 语言施加该源项 :
化了热油管道求解过程。
参考文献 :
4 结论
[ 1 ]吴国忠 ,陈超. 埋地管道传热数值模拟网格划分方法 [ J ]. 大庆石油学院学报 , 2005, 29 (2) : 82 - 84.
(1) 考虑大地恒温层及埋地热油管道对大地温度场的影响范围 ,建立了热油埋地管道非稳态情况下 ,有限区域的传热简化模型。应用 PHO EN ICS 软件 ,对周围土壤温度场的变化进行了模拟。能够得到任意时刻土壤温度场的温度分布 ,从而能更好地对热油管道与土壤非稳态热力进行研究。并且通过 PHO EN ICS模拟出的自然条件下土壤温度场作为初始温度场 ,更符合真实情况 ,避免了因人为设
张青松 ,赵会军 ,周诗岽 ,王树立
(江苏工业学院江苏省油气储运技术重点实验室 ,常州 213016)
摘要 :埋地输油管道非稳态热力研究能为热油管道间歇输送过程中确定停输时间以及再启动等问题提供基础。通过分析埋地热油管道的几何特性建立了有限区域内非稳态热油管道土壤数学模型和边界条件。并使用 PHOEN ICS软件对该数学模型进行了求解。模拟结果与工程现象吻合较好。证明了利用 PHOEN ICS软件完全能够对温度场变化规律进行研究。提供了研究捷径。关键词 :热油管道 ;温度场 ;数值模拟 ; PHOEN ICS;传热中图分类号 : TE973 文献标识码 : A
本文未考虑流动问题 , 因此对流项可通过
PHO EN ICS中的 VR 界面关闭此项计算。方程式 Φ
λ
代表温度 T,ΓΦ, eff
=
s
ρC
, 这里
C是土壤比热 ;λs 土
壤导热系数 ;ρ土壤密度。
2 求解方法
PHO EN ICS主要应用于动力、化工、制冷、航
空、核能等工业领域的流体流动与传热过程的数值
模拟 ,是目前世界上最流行的计算流体力学的软件之一。本文将采用 PHO EN ICS3. 6 对以上方程进行离散与求解。该软件采用了 S IM PL EST算法 [ 3 ] 。在
这种算法中扩散项采用线迭代而对流项采用点迭
代 ,可以防止迭代过程发散。这种混合式的计算方
法有利于促进强烈非线性问题的迭代过程收敛 ,适
新疆石油天然气
2007年
5Ts 5x
x = ±L
= 0 Ts | H1
= Th
(4)
Ts | t =0 = T0 ( x, z)
(5)
式中 : Ts , T0 为土壤任意时刻和初始时刻温度分布 ,
℃; Toin , Tf 为管内油品温度和大气温度 , ℃; t为时
[ 2 ]张国忠. 埋地热油管道停输降温过程的研究 [ J ]. 油气储运 , 2004, 23 (12) : 33 - 37.
对一些复杂的边界条件如非稳定的大气温度也可以通过 PHO EN ICS内置的 PLAN T或 IN FORM 进行设置。
3 算例分析
东北某输油管道管 [5 ] 外径 D = 377mm,埋深 h
= 1. 3m, 油温
T in
=
550 , 土壤导热系数
λ s
= 1.
5W / (m ·℃) ,导温系数 as = 0. 002m2 / h,原油导热
平方向绝热面 ( ±L1 ) 和深度方向恒温层 ( H1 ) 进行确定。在有限的热力影响区域内 , 建立受热管内原
油散热影响土壤温度场数学模型如下 :
5Ts 5t
=
as
(
52 Ts 5x2
+
52 Ts 5z2
)
,
t
>
0,
- L1 Φ x Φ L1 ,
边界条件 :
0 Φ z Φ H1 ( 1)
Pa tch ( nam e, typ e, ixf, ixl, iyf, iyl, izf, izl,
itf, itl)
Cova l( nam e, va riab le, coeffic ien t, va lue1) 这里 va riab le是 PHO EN ICS求解变量 , coeffic ien t写入对流扩散系数 , va lue写入值。typ e代表类型 ,如面积、体积等。
图 2 PHO EN ICS模拟温度场 ( T = 500h)
图 3 PHO EN ICS模拟温度场 ( T = 1000h) 稳态环境下的大地温度场分布呈线形分布 ,而当大地受到非稳态环境影响时 ,由于温度波的延迟性 ,大地温度场分布呈曲线分布。图 2与图 3是不同时刻土壤受到运行热油管道温度影响的温度场。从图中可以看出 ,温度场中的等稳线大致呈偏心环状分布于管道周围 ,离管心越远 ,偏心环半径越大。但埋深方向超过一定深度 ,热油管道对下方土壤温度场的影响弱到可以忽略不计。