热介质直埋管道周围温度场仿真研究_庞丽萍

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1、Vol.16No.3系统仿真学报•485•March.2004JOURNALOFSYSTEMSIMULATION热介质直埋管道周围温度场仿真研究庞丽萍,王浚（北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100083）摘要：本文针对地下直埋管道，在分析大气季节性周期变化对其传热影响的基础上，建立传热数学模型，并采用数值计算方法求解出在季节性温度变化影响下的输送热介质直埋管道周围温度场，进而计算出管道随季节变化的散热情况。该数学模型充分考虑了大气温度季节性变化及大地本身恒温层对输送热介质直埋管道传热的影响，把无界域化为有

2、界域，同时在计算时考虑管道周围土壤发生热物性非均匀等因素，从而大大提高了计算结果的精确度。经过与实测温度场数据值相比较：该数学模型建立基本正确，符合实际工况，精确性较高。关键词：数值计算；数学模型；直埋敷设；温度场文章编号：1004-731X(2004)03-0485-03中图分类号：TU833.12文献标识码：AResearchontheTemperatureFieldoftheUndergroundStraightBuriedPipewithHotMediumPANGLi-ping,WANGJun(Schoo

3、lofaviationscienceandengineering,BeihangUniversity,Beijing100083,China)Abstract:Basedonanalyzingthechangeofatmospherewiththeseason,amathematicmodelofheattransferaboutthestraightburiedpipeisestablished,andthenumericaltheorymethodhasbeenappliedtosolvethetempera

4、turefieldaroundthepipewithhotmedia,onthebasisofwhichthecircumstanceofdispersingheatiscomputed.Comparedwiththetraditionalone,thenewmathematicmodeltakesintoaccounttheinfluencesofthechangeofatmospheretemperaturewiththeseasonandtheearthconstanttemperaturelayer,an

5、dchangesinfiniteregionintofiniteregion.Theinfluenceofsoilaroundpipelineincalculationoccurringunevenhotheterogeneityisconsidered,whichimprovestheaccuracyofresults.Afterbeingcomparedwithmeasuredtemperaturefields,thenewmathematicmodeliscorrectandhashighaccuracy,

6、soastoreflectpracticalinstance.Keywords：numericalsimulation;mathematicmodel;straight-buriedpipeline;temperaturefield1本文通过分析大气温度季节性变化规律，以及其对土引言壤深层温度场的影响，将半无限大区域简化为有界的矩形区保温管道直埋敷设技术近年来得到了迅速的发展，由于域，在考虑周期性变化的环境温度的基础上采用数值解法进其具有施工简单，造价低，整体技术指标优于有沟和地面敷行求解。计算时考虑管道上部土壤

7、发生热物性非均匀性等因设，所以被广泛地应用于供热、输油和给水等民用及工业领素的影响，保证与实际情况相符合的前提下，简化整个计算域[1]。工程计算中最关心的是直埋管道在不同季节时管道内过程，最终数值计算出地下直埋管道周围温度场随季节性变热介质向地层土壤散失的热量。为解决此问题，关键是分析化以及热量散失情况。由于季节性温度变化引起的管道周围非稳态温度场的变化1直埋管道传热物理模型的建立情况。直埋管道稳态热力计算模型涉及到半无限大区域与圆1.1大气环境周期变化与大地温度波的衰减域共同传热过程，属于平面多区域传热问题。目

8、前国内外已有许多学者对此进行了多方面的研究，提出了大量有价值的大气环境温度呈周期性变化，而任何连续的周期性波动求解方法。研究方法大致分为两类：一类是采用解析法，以曲线都可以用多项余弦函数叠加组成，即用傅立叶级数表管道和半无限大土壤为研究对象，简化模型，进行坐标变换、示，大气温度的周期性波动规律可视为一简谐波曲线[4]，写[2]分离变量求解得到温度场的近似解或级数解；另一类