热油管道停输温降过程的数值模拟

热油管道停输降温过程是输油管道中最常见的现象,掌握其降温规律对确定安全停输时间、再启动方案和停输检修安排都有着非常重要的意义。本文在传热学的基础上,分析了热油管道停输后的温降过程及其影响因素,并利用ANSYS软件对埋地输油管道停输后的原油温降过程进行了数值模拟,分别计算出了不同初温和不同管径的情况下停输温降情况,为实际工程设计提供一定的参考依据。     

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.     

半埋热油管道传热研究

受飓风、暴雨、泥石流等恶劣天气的影响,埋地管道可能局部处于半掩埋状态。目前半埋管道传热计算多采用“线性插值”模型。建立了半埋热油管道的流（空气水）—管—土耦合传热机理模型,并利用数值模拟手段对不同条件下管道的传热特性进行了研究。结果表明,管道的总传热系数、出口温度和土壤蓄热量与管道的相对埋入面积呈明显的非线性关系;线性模型与机理模型的计算结果在趋势与数值方面均具有较大偏差;管道刚好完全掩埋时与完全不掩埋时相比,总传热系数出口温度的差异较大,且管径越大,差异越显著;当环境流体的温度较低时,管道出口温度对相对埋入面积更敏感。     

海底热油管道悬空段停输温降过程的数值模拟

海底热油管道的悬空段由于没有周围泥沙的保温蓄热作用,停输之后管内温降比埋入海底泥沙中的管段快得多,故而其温降成为停输过程的关键。针对海底管线悬空段的热力特性,考虑原油凝固潜热对停输温降的影响,利用CFD软件,对其停输温降过程进行数值模拟。分析温降变化规律、不同海水温度对温降的影响,从而确定最佳停输时间,为海底热油管道制定再启动方案提供理论依据。     

火烧油层干式燃烧数值模拟及参数敏感性分析

利用数值模拟技术对室内燃烧管干式燃烧实验进行了拟合，研究了燃烧管内干式燃烧的动态查化特征，并且进行了参数敏感性分析。以辽河油田欢127块为例，初步设计了该块25—33井组的注气速度。结果表明，网格尺寸的选取应与燃烧带尺寸相当；增加燃烧反应的频率因子、降低活化能、增大注气速度，会加快燃烧反应，增加产液量；油藏初始温度对火烧油层驱油效果影响较大，而油藏初始压力则影响较小。初步设计25—33井组的注气速度为70000m^3／d。     

反算管道传热系数影响因素的敏感性分析

采用系统单因素敏感性分析方法,结合苏霍夫温降公式和现场测试数据,对反算管道传热系数K的进出站温度、管道周围介质温度、含水率和输量,五个因素进行敏感性分析。研究表明:进出站温度对反算管道总传热系数的影响最敏感,其次为含水率和输量,管道周围介质温度最不敏感;因此应尽量减小现场采集进出站温度、含水率和输量的误差,以提高K反算的精度。     

输气管道滑坡灾害影响因素敏感性分析

为保证输气管道在滑坡灾害下能够安全运行,需对输气管道滑坡灾害进行影响因素敏感性分析,以识别出管道应力与影响因素之间的敏感状况.利用ABAQUS有限元软件建立输气管道滑坡灾害数值分析模型,计算出管道的最大Mises应力值;应用敏感性系数分析法分析了输气管道滑坡灾害的主要影响因素,得出主要影响因素与管道应力之间的变化规律.计算结果表明,管道在横穿滑坡区域时,除管道壁厚与管道应力呈反向变化关系外,滑坡宽度、内摩擦角度、土体黏聚力、管道埋深和管内压力都与管道应力呈正向变化关系;管道壁厚为影响管道应力的关键因素,其余各因素敏感性从强到弱的排列顺序为,滑坡宽度土体黏聚力内摩擦角管内压力管道埋深.     

保温管道数值模拟及机器学习预测模型

通过模拟保温管道内流体的热传递过程,分析管道外径和保温层的热导率、密度、比热容、厚度对保温性能的影响规律,并使用机器学习对模拟所得数据进行训练,从而得到不同因素对保温性能的影响比重。结果表明,各参数特征中,管道外径占比39%、热导率占比37%、厚度占比13 %,密度及比热容两者共占比11%,故在影响管道保温性能的各因素中,管道外径、热导率、厚度占主要地位。各参数对保温性能的影响规律不同,多因素共同作用下,难以找到一个统一的函数模型来表达各参数对保温性能的影响规律。基于仿真模拟大量数据,利用机器学习建立预测模型,输入对应的参数即可预测相应的结果,该模型准确率达到99%,可以对实际应用进行指导。     

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。     

埋地管道泄漏数值模拟分析

针对不同因素对管道泄漏工况的影响进行了模拟研究。管道的铺设方式一般为埋地铺设,长时间埋地管道会因为外力破坏或管道自身老化、腐蚀穿孔等因素造成管道泄漏。管道泄漏时会造成重大压力损失和管道流体的损失,管道大孔泄漏后容易在地面上被检测出来,小孔泄漏不容易被检测出来。因此采用数值模拟方法,通过模型简化,同时考虑计算精度和计算成本,建立了埋地管道小孔泄漏扩散模型。分别研究泄漏压力、泄漏孔径、管道埋深、土壤性质、环境温度、泄漏孔形状和障碍物等因素对埋地管道泄漏扩散的影响。     

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。     

埋地热油管道停输后周围土壤温度场的数值模拟

为精确模拟管道周围土壤温度场,建立了埋地热油管道周围土壤温度场数学模型.在模型中,根据管外不同位置处土壤受热油管道散热影响的大小,将管外热影响区域简化为矩形并分为两部分,其中第一部分为距管外壁0.5 m内的环形烘干区域.针对该模型,编制了有限元程序计算管道周围土壤温度分布.计算结果表明,管外径426 mm、管内油温65.0℃、管道埋深处自然地温9.0℃时,矩形热影响区域的水平边界距管中心距离在13 m左右;若管道停输40 h,仅管道周围1.1 m内的土壤温度发生变化,为管道停输再启动的安全性评价提供了科学依据.     

管流实验装置中原油温度分布研究

利用管流实验装置可以模拟原油在实际管道中的动态降温、静态降温以及再启动的全过程，然而，在模拟过程中管内油品温度场分布、管内油品降温速率与管外水浴降温速率的关系等问题仍未解决。在FLUENT平台上对管流实验中的动态及静态降温过程进行了数值模拟。结果表明，按照实验中设定的降温速率进行降温，动态降温过程中油壁温差在0．16℃以内，静态降温过程中油壁温差在0．05℃以内，可以认为实验过程中某一时刻管路截面上油温是一致的。     

热轧全流程带钢温度场数值模拟

为精确预测轧件的温度场、优化轧制工艺和提高最终产品的质量水平,通过对钢坯的加热和轧件轧制过程传热关系的分析,采用有限差分法建立了热轧全流程各环节轧件三维温度场的数值计算模型。结合钢厂实际生产条件,利用该模型模拟了各环节轧件的温度场,并与实测结果进行了比较,验证了计算结果的准确性。研究表明,轧制速度和终轧厚度对轧件温度影响较大,压下率和轧辊温度对轧件温度有一定的影响,其他工艺因素的影响较小。     

油藏数值模拟在剩余油预测中的不确定性分析

油藏数值模拟作为一种定量的剩余油饱和度预测方法 ,在油田开发后期剩余油分布研究中起着越来越重要的作用 ,但其预测精度也不可避免地受到多种因素的影响。对剩余油预测中油藏数值模拟精度的影响因素进行了分析 ,结果表明 ,地层对比的多解性、储层物性参数求取的不确定性以及储层非均质描述的局限性是影响数值模拟精度的主要地质因素。此外 ,相对渗透率曲线的选取、动态数据的获取及数值模拟软件本身都存在较大的不确定性 ,这些都会影响到油藏数值模拟的精度。因此 ,在剩余油研究过程中 ,不能过分依赖油藏数值模拟。应该综合运用地质、地震、测井、油藏工程、油藏数值模拟等多学科知识进行研究 ,以提高剩余油饱和度的预测精度。     

地下水数值模拟中的参数灵敏度分析

将局部灵敏度分析和全局灵敏度分析引入地下水数值模型的参数灵敏度分析中,并以塔里木河下游为例,选取含水层渗透系数、给水度、河床沉积物渗透特性系数及模型输入项的河流水位进行地下水数值模拟中的参数灵敏度分析.分析结果表明,河流水位对地下水数值模型的影响最为显著,而其他参数的影响则相对较小,全局灵敏度分析计算出的参数总灵敏度较小.这说明地下水数值模型比较稳定,可以用于模拟塔里木河下游地下水水位变化情况.     

热挤压模具热力耦合三维数值分析

根据热挤压模具的工作特点,基于热弹性力学和有限应变理论,建立了三维热力耦合弹塑性有限元方程.用该方程研究方管铝型材平面分流组合模的三维数值分析,在确定边界条件和计算挤压力的基础上,通过合理设计单元类型,计算了模具在挤压过程中的温度场和应力场.通过分析模具应力,发现在模桥与模芯相接处有较大的应力集中,与出现裂纹的位置相吻合,说明应力集中是模具桥裂的主要原因之一.     

原油成品油管道同沟敷设新技术中的热力分析

采用非结构化有限容积法，对原油成品油双管同沟敷设新技术进行数值模拟，详细研究了不同管间距下成品油管道对加热输送原油管道的热力影响，尤其是对热油油温的影响。     

Application of nonlinear optimization method to sensitivity analysis of numerical model

A nonlinear optimization method is applied to sensitivity analysis of a numerical model. Theoretical analysis and numerical experiments indicate that this method can give not only a quantitative assessment whether the numerical model is able to simulate the observations or not, but also the initial field that yields the optimal simulation. In particular, when the simulation results are apparently satisfactory, and sometimes both model error and initial error are considerably large, the nonlinear optimization method, under some conditions, can identify the error that plays a dominant role.     

工艺参数对铝板带热轧过程总温降影响的数值模拟

基于MSC.Marc有限元软件建立铝板带热轧二维有限元模型,结合实验研究得到的1×××铝合金高温本构方程,采用热力耦合分析方法研究铝板带在热轧过程中的温度变化规律,并应用正交试验法分析各工艺参数对板带轧过程中总温降的影响趋势。研究结果表明：热交换系数对温降的影响最大,轧制速度的影响次之,出炉温度的影响较小,而环境温度的影响最小;随着热交换系数的增加,轧制温降也增加,当等效换热系数由20 kW/（m^2·K）增大到60 kW/（m^2·K）时,轧制温降由18.3℃线性递增到38.1℃;随着轧制速度的增加,轧制温降反而减小,轧制温降与轧制速度的关系也不再呈现线性规律,当轧制速度超过2 m/s以后,轧制温降变化逐渐趋于平缓;制订轧制规程时,出炉温度可选择合理范围内的较低值以降低能源损耗;而在正常的工艺停留时间下,可以忽略环境温度变化对轧制温降的影响。