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第1章　概论1

1.1　研究目的与意义1

1.2　研究途径1

1.3　国内外研究状况2

1.4　本书采用的主要研究方法4

第2章　数值计算基础5

2.1　有限差分方法简介5

2.1.1　传热问题的数学描述5

2.1.2　传热问题的基本方程6

2.1.3　传热问题的初始和边界条件14

2.1.4　传热方程的简化和无量纲化15

2.1.5　离散化方法19

2.1.6 Taylor展开及多项式拟合法24

2.1.7　控制容积积分法及平衡法27

2.2　有限元方法简介31

2.2.1　平面温度场变分方程及边界条件31

2.2.2　三角形单元的划分35

2.2.3　温度插值函数37

2.3　边界元法简介44

2.3.1　边界积分方程的推导45

2.3.2　边界积分方程离散化50

2.3.3　系数矩阵元素Hij和Gij的计算边界积分方程的推导52

2.3.4　处理第三类边界条件问题54

2.3.5　处理组合材料问题55

2.3.6　程序框图57

第3章　埋地管道传热的工艺计算58

3.1　热油管道的温降计算58

3.1.1　加热输送的目的和特点58

3.1.2　热油输送管道的径向温降59

3.1.3　热油输送管道的轴向温降59

3.1.4　温降公式的应用63

3.1.5　考虑摩擦热时的温降计算64

3.1.6　油流经泵的温升66

3.1.7　蜡的结晶析出对温降的影响67

3.1.8　热油管道的总传热系数K69

3.2　原油和成品油的粘温特性89

3.2.1　美围材料试验协会（ASTM）推荐的方程89

3.2.2　粘温指数关系式89

3.2.3　两个常数的关系式90

3.2.4　三个常数的关系式90

3.2.5　用实测数据回归粘温方程90

3.3　管壁结蜡对温降的影响91

3.3.1　油中石蜡的析出过程91

3.3.2　管内壁”结蜡”机理94

3.3.3　影响管壁结蜡强度的因素98

3.3.4　结蜡层厚度与运行时间的关系101

3.3.5　结蜡层对轴向温降的影响102

3.4　埋地管路停输后的温降计算105

3.4.1　管内存油的温降过程105

3.4.2　停输与再启动过程的计算112

3.5　用数理方程求解埋地管道传热问题119

3.5.1　非稳态热传导模型的建立119

3.5.2　模型建立122

3.5.3　集油管道的热力计算123

3.5.4　应用实例125

第4章　大地温度场模型的建立及边界条件127

4.1　大地温度场深度方向恒温层的确定127

4.2　大地物理模型的建立及简化129

4.3　大地导热微分方程式及边界条件129

第5章　埋地管道的物理模型和数学模型130

5.1　埋地管道的物理模型130

5.2　埋地管道的数学模型132

5.2.1　稳态条件下埋地管道的数学模型132

5.2.2　非稳态条件下埋地管道的数学模型133

第6章　埋地管道传热问题的数值求解134

6.1　有限差分法134

6.1.1　一维非稳态导热问题差分方法的推导134

6.1.2　一维导热微分方程及边界条件的有限差分方程138

6.1.3　二维非稳态导热微分方程及边界条件的差分方程变换140

6.1.4　有限差分方程的解法146

6.2　有限差分方程显式与隐式方法比较146

6.3　埋地管道传热数值模拟软件设计148

6.3.1　数值模拟埋设介质变热物性情况148

6.3.2　数值模拟相变过程148

6.4　数值模拟数据的图形处理152

6.4.1　处理圆形管道153

6.4.2　处理对流因素153

6.5　数值模拟软件154

6.5.1　数值模拟软件组成154

6.5.2　数值模拟软件程序框图155

6.5.3　软件界面157

第7章　非稳态环境对埋地管道传热的影响158

7.1　非稳态环境对大地温度场的影响159

7.1.1　非稳态环境下大地温度场的数值计算结果分析159

7.1.2　不同外界环境温度取值对大地温度场的影响分析161

7.1.3　不同初始温度值T0对温度场计算时间的影响164

7.2　非稳态环境对埋地管道温度场的影响166

7.2.1　存在埋地管道时大地温度场的变化167

7.2.2　非稳态环境对管道停输时间的影响169

7.3　稳态和非稳态环境对埋地管道温度场影响分析170

7.3.1　稳态与非稳态环境对大地温度场的影响170

7.3.2　稳态与非稳态环境对埋地管道温度场的影响171

7.4　数值模拟计算结果比较175

7.4.1　大地温度场计算结果比较175

7.4.2　埋地管道温度场计算结果比较176

7.4.3　埋地管道停输温降计算结果比较178

7.4.4　模拟计算误差分析178

7.5　模拟计算软件结果可靠性评价180

第8章　新疆埋地管道传热实验181

8.1　埋地管线传热实验装置设计181

8.1.1　相似理论简介181

8.1.2　稳态导热问题的相似理论181

8.1.3　非稳态导热问题相似理论182

8.1.4　对流现象相似的条件183

8.1.5　埋地管线停输问题的实验模拟要求184

8.1.6　实际物理模型185

8.1.7　实验模型设计185

8.1.8　地下恒温层的模拟186

8.1.9　环境对流的模拟186

8.1.10　沙子湿度的模拟186

8.1.11　沙子击实度的模拟188

8.1.12　沙箱四周的处理188

8.1.13　沙箱内布置热电偶188

8.1.14　多相流的模拟189

8.1.15　加热管中原油191

8.1.16　沙箱达到稳态的标准192

8.1.17　试验装置工艺流程方案（一）192

8.1.18　试验装置工艺流程方案（二）192

8.1.19　工艺流程方案（二）详述192

8.1.20　两套工艺流程方案的优缺点196

8.2　埋地管线传热实验结果及比较196

8.2.1　测点位置简介196

8.2.2　非保温输油管道197

8.2.3　保温输油管道209

8.2.4　现场实际测量结果与模拟计算结果比较217

8.2.5　引起模拟计算误差的原因219

第9章　电加热埋地管道简介221

9.1　物理模型222

9.2　数学模型222

9.2.1　热量平衡关系222

9.2.2　流体的传热量223

9.2.3　保温层的传热量224

9.2.4　计算公式224

9.3　数学模型的计算求解225

9.4　现场试验与计算结果分析226

参考文献230