深水相变材料夹层管道传热性能分析
发布时间：2022-08-12 10:02
随着油气的开采逐渐进入深海,在低温高压的深海环境下,油气管道内油液温度的降低极易引起管道内蜡结晶及水合物的生成,造成管道堵塞,故流动保障是确保深海油气管道安全运行的重要前提。传统的管道保温方式主要为电加热、热流体加热、添加降凝剂等。近年来,保温材料由于其良好的储放热特性在众多领域得到广泛应用,借鉴了此思想,将相变材料应用于深海管道中。本文以相变材料夹层管道为研究对象,通过理论分析、数值仿真相结合的方法,研究了深水相变材料夹层管道的传热特性,主要内容包括:首先通过建立二维及三维管道模型,研究了在稳定输油状态下管道的沿程温度分布及径向温度分布;其次利用瞬态传热,分析了停井状态下相变材料自身参数、保温层中相变材料占比大小、相变材料占比相同布局不同等对保温性能的影响,以此得出最佳保温材料及最佳保温层布局;最后研究了再启动状态下,相变材料夹层管道的瞬态蓄热过程及相变情况。研究结果表明相变材料保温层的有效保温时间接近非相变材料保温层的1.4倍,此外熔点大小对保温性能的影响不大,相变材料的位置越靠近内管保温效果越好,为相变材料夹层管道的设计及利用提出了指导。
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 相变材料夹层管道
1.2.1 相变材料介绍
1.2.2 相变材料夹层管道
1.2.3 优缺点分析
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内研究现状
1.3.2 国外研究现状
1.4 本文主要工作内容
第2章 稳定运输状态管道温度场分析
2.1 数学模型
2.1.1 传热模型
2.1.2 凝固与融化模型
2.2 建模要点
2.2.1 模型建立
2.2.2 主要模型参数的选取
2.2.3 网格划分
2.2.4 边界条件设置
2.2.5 模型设置
2.3 径向温度分布计算
2.3.1 传热系数的计算
2.3.2 径向温度分布
2.4 轴向温降计算
2.4.1 苏霍夫公式轴向温降计算
2.4.2 轴向温降数值模拟计算
2.5 本章小结
第3章 停输状态管道温度场分析
3.1 理论分析
3.2 模型选取
3.3 模型参数设置
3.4 传热分析
3.4.1 相变材料传热情况分析
3.4.2 聚丙烯材料传热情况分析
3.4.3 相变材料与聚丙烯材料结合的保温层管道传热情况分析
3.4.4 综合分析
3.5 拟合曲线计算
3.5.1 初始温度不同时温度与时间的拟合公式
3.5.2 熔点不同时温度与时间拟合公式
3.6 本章小结
第4章 停输再启动状态蓄热过程分析
4.1 模型选取
4.2 参数设置
4.3 启动状态蓄热过程
4.3.1 石蜡材料夹层管道
4.3.2 聚丙烯材料夹层管道
4.4 管道升温过程比较
4.5 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]相变材料应用于墙体的数值传热研究[J]. 魏茂丰,陈宝明,李玮,郜凯凯. 节能. 2016(06)
[2]“能源血管”大解密——海底油气管道是怎样建成的[J]. 孟伟. 石油知识. 2016(02)
[3]相变材料研究综述[J]. 史巍,王传涛. 硅酸盐通报. 2015(12)
[4]油气管道水合物解堵工艺及存在问题[J]. 宋光春,李玉星,王武昌,赵鹏飞,姜凯,魏丁,叶晓. 油气储运. 2016(08)
[5]相变储热材料及技术的研究进展[J]. 张贺磊,方贤德,赵颖杰. 材料导报. 2014(13)
[6]新型复合相变材料研究新进展[J]. 郭静,张雨燕. 材料导报. 2013(13)
[7]相变控温技术在桥梁防冻工程的应用[J]. 杨献章,胡柏学,廖春芳,凌剑兴,高英力,黄浩. 公路工程. 2013(01)
[8]保温层失效对伴热稠油管道安全停输时间的影响[J]. 王雷,吴明,贾冯睿,姚尧,曹先慧,金盾. 油气储运. 2013(03)
[9]墙体相变储能材料的研究[J]. 仇影,吴其胜,黎水平,刘学军,荀和生. 墙材革新与建筑节能. 2011(11)
[10]海底单层保温管线总传热系数分析[J]. 刘海超,相政乐,吕喜军,顾艳,蒋晓斌. 管道技术与设备. 2011(05)
博士论文
[1]太阳能新风系统设计与控制方法研究[D]. 杨军.北京邮电大学 2011
硕士论文
[1]泡沫铝/石蜡复合相变材料蓄热性能数值研究[D]. 成骥.北京交通大学 2016
[2]管道结蜡对停输再启动特性的影响研究[D]. 王燕.中国石油大学(华东) 2015
[3]潜热储能相变砂浆的制备及性能研究[D]. 方云.浙江工业大学 2015
[4]电加热管流动性改进方法研究[D]. 高颜儒.东北石油大学 2014
[5]石蜡基复合相变材料的制备与研究[D]. 胡敏.大连理工大学 2012
[6]停输管道介质径向传热研究[D]. 王海燕.东北石油大学 2011
本文编号：3675676
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 相变材料夹层管道
1.2.1 相变材料介绍
1.2.2 相变材料夹层管道
1.2.3 优缺点分析
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内研究现状
1.3.2 国外研究现状
1.4 本文主要工作内容
第2章 稳定运输状态管道温度场分析
2.1 数学模型
2.1.1 传热模型
2.1.2 凝固与融化模型
2.2 建模要点
2.2.1 模型建立
2.2.2 主要模型参数的选取
2.2.3 网格划分
2.2.4 边界条件设置
2.2.5 模型设置
2.3 径向温度分布计算
2.3.1 传热系数的计算
2.3.2 径向温度分布
2.4 轴向温降计算
2.4.1 苏霍夫公式轴向温降计算
2.4.2 轴向温降数值模拟计算
2.5 本章小结
第3章 停输状态管道温度场分析
3.1 理论分析
3.2 模型选取
3.3 模型参数设置
3.4 传热分析
3.4.1 相变材料传热情况分析
3.4.2 聚丙烯材料传热情况分析
3.4.3 相变材料与聚丙烯材料结合的保温层管道传热情况分析
3.4.4 综合分析
3.5 拟合曲线计算
3.5.1 初始温度不同时温度与时间的拟合公式
3.5.2 熔点不同时温度与时间拟合公式
3.6 本章小结
第4章 停输再启动状态蓄热过程分析
4.1 模型选取
4.2 参数设置
4.3 启动状态蓄热过程
4.3.1 石蜡材料夹层管道
4.3.2 聚丙烯材料夹层管道
4.4 管道升温过程比较
4.5 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]相变材料应用于墙体的数值传热研究[J]. 魏茂丰,陈宝明,李玮,郜凯凯. 节能. 2016(06)
[2]“能源血管”大解密——海底油气管道是怎样建成的[J]. 孟伟. 石油知识. 2016(02)
[3]相变材料研究综述[J]. 史巍,王传涛. 硅酸盐通报. 2015(12)
[4]油气管道水合物解堵工艺及存在问题[J]. 宋光春,李玉星,王武昌,赵鹏飞,姜凯,魏丁,叶晓. 油气储运. 2016(08)
[5]相变储热材料及技术的研究进展[J]. 张贺磊,方贤德,赵颖杰. 材料导报. 2014(13)
[6]新型复合相变材料研究新进展[J]. 郭静,张雨燕. 材料导报. 2013(13)
[7]相变控温技术在桥梁防冻工程的应用[J]. 杨献章,胡柏学,廖春芳,凌剑兴,高英力,黄浩. 公路工程. 2013(01)
[8]保温层失效对伴热稠油管道安全停输时间的影响[J]. 王雷,吴明,贾冯睿,姚尧,曹先慧,金盾. 油气储运. 2013(03)
[9]墙体相变储能材料的研究[J]. 仇影,吴其胜,黎水平,刘学军,荀和生. 墙材革新与建筑节能. 2011(11)
[10]海底单层保温管线总传热系数分析[J]. 刘海超,相政乐,吕喜军,顾艳,蒋晓斌. 管道技术与设备. 2011(05)
博士论文
[1]太阳能新风系统设计与控制方法研究[D]. 杨军.北京邮电大学 2011
硕士论文
[1]泡沫铝/石蜡复合相变材料蓄热性能数值研究[D]. 成骥.北京交通大学 2016
[2]管道结蜡对停输再启动特性的影响研究[D]. 王燕.中国石油大学(华东) 2015
[3]潜热储能相变砂浆的制备及性能研究[D]. 方云.浙江工业大学 2015
[4]电加热管流动性改进方法研究[D]. 高颜儒.东北石油大学 2014
[5]石蜡基复合相变材料的制备与研究[D]. 胡敏.大连理工大学 2012
[6]停输管道介质径向传热研究[D]. 王海燕.东北石油大学 2011
本文编号：3675676
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