埋地输油管道泄漏过程多相流传热分析

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埋地输油管道作为一种重要的运输能源方式,其具有比航空、汽车等运输方式更加方便、快捷、稳定和安全等优势。但作为一种工程设备,随着管道运行时间的增加,埋地输油管道会发生由缺陷、腐蚀、磨损等不可避免的因素所导致的泄漏事故。因此,通过对埋地输油管道泄漏过程进行多相流传热分析,以及确定多相流泄漏过程对大地温度场的影响,为热红外检测和埋地输油管道的快速修复提供理论依据。本文建立了埋地输油管道在土壤多孔介质中发生泄漏时的物理模型和数学模型,确定了发生泄漏时的初始条件和边界条件,利用用户自定义函数UDF(User DefinedFunction)和CFD(Computational Fluid Dynamics)软件相结合的方法,对埋地输油管道在土壤多孔介质中的多相流泄漏过程进行数值模拟,并讨论分析了严寒地区的埋地输油管道在单/多相流、原油相变和原油物性的影响情况下,泄漏过程对大地温度场、地表温度、土壤多孔介质中的速度场以及油水相分布的影响,以及多点泄漏过程的相互影响情况。分析结果表明:在单相流和多相流泄漏过程中,由于不同的渗透过程和不同的油水相导温系数,导致了两种条件下的泄漏过程对地表温度具有不同的变化趋势;在不考虑原油相变和考虑原油相变的多相流泄漏过程中,虽然具有基本相同的渗透过程和地表温度变化趋势,但是由于油相发生相变时释放出本身的凝固潜热,因此,不考虑原油相变的多相流泄漏过程中的地表温度变化趋势滞后于考虑原油相变的多相流泄漏过程中的地表温度变化趋势;高粘度条件和低粘度条件的多相流泄漏过程具有不同的传热过程,同时地表温度变化具有不同趋势,这是由于高粘度的油相可以在短时间内克服油水相密度差引起的浮力,使其聚集在泄漏口的下方;当埋地输油管道发生多点泄漏时,在本文设定的条件下,当泄漏点间的轴向距离小于3m时,必须考虑两点间泄漏过程的互相影响。本文的研究结论对于指导埋地输油管道泄漏红外成像检测和原油污染土壤修复具有一定的借鉴作用。
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