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    埋地管道水热耦合数值模拟

    2019-04-08   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合?#39318;?#20307;大小:
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     中国钢管信息港调查队获悉:高pH值污水管道中硫化氢以S或HS-形式存在,取决于污水的pH值M,升高pH值可以大幅度降低溶解态分子硫化氢的浓?#21462;?#30740;究表明,pH值为8. 0?#20445;?#21482;有约8%的硫化物以H2S的形式存在;pH值为9.0?#20445;琀2S下降到不足1%.另外,提高pH值可以增加污水中自由氨的浓度,扰乱质子动力和MA的体内平衡,从而抑制了MA的增长16. Gutierrez等在模拟管道反应器中加入氢氧化钠来研究pH值对生物膜中SRB和MA活性的影响,结果发现,与控制反应器(pH值为7.6)相比,pH值为8.6和9.0时生物膜中SRB的活性分别减小了30%和50%,而且没有甲烷的积累。同?#20445;?#20182;们在压力管道中通过投加氢氧化镁,发现高pH值(9.0~9.3)能显著降低溶解性硫化物的浓度,且几乎没有甲烷产生E7.但是,连续加入碱类物质维持管道内的高pH值将会增加有害气体控制的成本,也会对下游的污水处理产生干扰。因此,该方法在应用之前?#34892;?#35201;进一步完善。
      
      动量守恒、能量方程守恒方程如下?#28023;?)质量守恒方程为(2)动量守恒方程为-3-)为惯?#36816;?#22833;系数,m―1为孔隙率,无在温度场与水分场耦合问题的研究中,经常假设土壤在空间上是分层均质?#27169;?#22303;壤含水量较小,均匀分布各向同性。冻土层作为隔水层,无地下水补给及其他边界的水分补给和排泄作用,各土层含水量稳定。但?#23548;识?#24180;冻土具有较强的源汇作用,水分场是不可忽略的因素m.以往只考虑其单一输运,未讨论二者耦合效应。土壤中温度分布不均,不仅导致热流,而且影响水分流,尤其在多年冻土区,土壤温度引起水的相变更加明显0.水分迁移同样伴随热量流。分析水热场耦合迁移运动,需建立符合?#23548;?#30340;水热耦合方程。
      
      1数学模型以下为饱和冻土多孔介质水热耦合控制方程。
      
      土壤孔隙是指孔隙中完全充满水时水的质量与固体颗粒质量之?#21462;?#20551;设土体各相均质连续,相变过程流体密度变化符合boussinesq假设,低速渗流?#20445;?#27700;分迁移符合达西定律,忽略由相变融化引起的速度变化M.根据有限容积理论,建立的质量守恒、基金项目:辽宁省自然科学基金项目“冻土区埋地管道周围土壤水热力耦合问题研究”(编号:20082186):付俊鹏(1985-),男,主要从事冻土区管道土壤水热力耦合研究。E-nail:fuunpeng126.com因次4为孔隙压力,Pa;Dp为粒子平均?#26412;叮琺m;p为流体动力黏度,Pa为流体膨胀系数,UK,Alsh为固液糊状区常数,用来?#20174;?#20923;结前锋的形态;yS为?#21512;?#20998;数,无因次,T为流体温度,K;Tw为流体基?#22025;?#24230;,K;Twidus为凝固温度,K;Tliquidus为融化温度,K.(3)能量守恒方程为+(1-s)kp,为?#34892;?#23548;热率,W/(m;kf为?#21512;?#28909;;ks为固相热导率,W/(mK);kp为多孔介质骨架热导率,WnW;Ps=1-a(T-Tref)为固相介质密度,kg/m3;Pp为多孔介质骨架的密度,kg/m3;T为流体温度,K. 2数值模拟分析7.0,为风速,1!1/3,入为?#34892;?#23548;热率,1/(爪-1.边界。
      
      与管道内壁的当量换热系数,117Wm2管道内径,m,T为管内原油温度,K.计算选用输油温度为330K,管径R壁厚9mm.管道中心距地面h =2m初始地温-5°C,冻土土壤导热系数As=1.47WKmK),?#28909;菴p=1764kgK),冻土土壤密度Ps=1680kg/m3忽略管道轴向温降,建立二维非稳态传热模型,外?#26412;?#28909;力影响区域4=5m,y=8m63保温材料物性如表1.表1保温层物性参数名称体积质量温度/C含水率/%抗压强度为管道外壁面平均热流密度变化曲线。由于土壤与大气间热?#25442;?#30340;存在,土壤温度不断随时间周期性变化,热流密度对应于土壤温度呈现周期性变化的趋势。热流密度变化趋势与环境温度变化相反,土壤温度降低,油管热流密度升高。原因是:①由于季节或地下水位变化?#20445;?#22303;壤湿度发生变化,使土壤导热系数变化,另外在水分热迁移的作用下传热系数发生变化。②土壤温度随季节变化而产生的吸热和放热,影响管道内原油的散热。在土?#26469;?#22823;气吸热的月份管道热流密度数值减小,热损失下降。
      
      土壤向大气放热的月份,管道热流密度数值增大,热损失升高。无保温层的管道更?#36164;?#22303;壤温度波动的影响,热流密度远高于有保温措施的管道,并且振荡剧烈8.两种有保温层管道比较,采用导热系数小的保温层热流密度曲线波动小,具有很好的保温效果。
      
      中国钢管信息港调查队获悉:分别绘制了无保温层、40mm聚酿保温层和40mm玻璃棉保温层分别在夏季(8月)、冬季(12月)和春季(3月)的土壤融化相变界面移动规律,由图可知无保温层情况下,冻土融化范围最大,在40mm聚氨酯保温层时融化最小,管道采用导热系数小的保温层可以明显降低冻土融化范围,减小融?#36797;?#24230;,保护管道安全,防止多年冻土?#40644;?#22351;。
      
      (a)无保层40mm聚软酯泡沫夏?#24452;?#23395;春季40mm玻璃棉由给出的管道夏季运行土壤温度场等值线图可知,无保温层?#20445;?#32039;靠管外壁土壤温度很高,比采用40mm聚氨酯保温层的土壤温度高出20K,?#35748;?#21516;厚度的玻璃棉保温层高出10K.3种情况下,273K等温线距管中心的距离相差较大,无保温层时273K等温线距管道外壁2. 508m,采用40mm聚氨酯和40mm玻璃棉保温层?#20445;?73K等温线分别距管道外壁1.358m和1.609m.由管道冬季运行土壤温度等值线分布图可知,冬季加热输送?#20445;?#21407;油通过土壤向大气放热,土壤温度场在管道附近的等温线近似呈椭圆分布,等温线上密下疏,管道向上散热的热流强度较大。原油与环境的温差越大,这种趋势越明显,管外环形土层内所蓄积的热量高于自然地温的热量940.无保温层、40mm聚氨酯和40mm玻璃棉保温层的状态下273K等温线分别距管道外壁3.529m,2.576m.对比管道春季运行土壤温度场等值线图?#36152;觶?种情况下273K等温线移动速度明显降低。原因在于,春季土?#26469;?#22823;气吸热,土壤温度梯度减小,从而导致273K等温线移动速度放缓。中国钢管信息港调查队获悉 
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