CN104850708A - 一种玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，包括以下步骤：利用GAMBIT前处理模块建立玻璃钢管线管输系统温度场的管道和热影响区域的几何模型，并进行非均匀化网格划分；将网格划分后的几何模型导入FLUENT分析模块中；在FLUENT分析模块中选取数值模拟方法，模拟计算土壤温度场。通过本发明的分析方法模拟分析土壤温度场的分布，得到输送的运行时间、管道材质、油流温度、管道埋深、不同管壁距离对管外土壤温度场分布的影响情况，对原油常温输送提供了技术支持，同时找到有效的防垢、防蜡措施，为保证管线的安全、稳定运行提供了技术支持。

Description

一种玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法

技术领域

本发明属于石油与天然气工程领域，具体涉及一种玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法。

背景技术

我国各油田生产的原油其流动性各不相同，大致可分为：胶质含量大的高粘度原油、含蜡较多的高凝点原油和轻质低粘原油。然而我国所产原油大部分都是高粘易凝原油。高凝点油品的凝点大多高于管道周围的环境温度，稠油在常温输送条件下其流动粘度通常很高，这样会导致管道的压降剧烈上升。因此，不能直接采用常温输送方法，必须采取降凝、降粘等措施。我国高粘易凝原油目前大多采用加热输送方式，原油靠加热炉加热来降低其粘度以达到减小摩阻的目的。对于热油管道，必须确保管道的安全运行。

关于埋地输油管道稳态运行及传热方面的研究已有大量的相关报道，近5年来，这方面的研究主要集中在输油管道正常运行时的管道内的油温、管道散热损失、传热系数和管道周围温度场等方面。

埋地热油管道周围土壤温度场分布是分析原油常温输送的一个重要影响因素，热油管道在运行过程中，受气候条件、土壤物性和管道埋深等多种因素影响。同时，准确预测埋地热油管道运行过程中管道周围土壤温度场的变化情况，可为今后分析热油管道输送过程中确定停输时间以及再启动等问题垫定基础，也对工程实际中玻璃钢管的使用提供参考。

由于油田原油高析蜡点，部分区块原油高凝、高粘，且采出水的矿化度较高，混合后结垢趋势明显，管线结垢结蜡严重导致堵塞管线，严重影响生产。由于升高温度会导致结垢加重，而降低温度又将导致原油析蜡，为了解决此问题，有必要开展管道周围土壤温度变化的分析，分析管外土壤温度场分布的影响因素。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的分析和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，实现对管道周围土壤温度分布影响因素的分析。

本发明提供了一种玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，包括以下步骤：

步骤1，利用GAMBIT前处理模块建立玻璃钢管线管输系统温度场的管道和热影响区域的几何模型，并进行网格划分；

具体包括如下步骤：

步骤101，在所述GAMBIT前处理模块中设置所述玻璃钢管线管输系统管道和热影响区域的几何模型的几何尺寸；

步骤102，选取所述管道和热影响区域的几何模型的坐标，选取笛卡尔坐标系，以所述玻璃钢管与土壤横断面为XY坐标面，以地表边界为X轴，向右为正方向，以垂直于X轴并经过所述玻璃钢管横断面的圆心的直线为Y轴，垂直向上为正方向，两轴交点为原点；

步骤103，对所述管道和热影响区域的几何模型进行非均匀化网格划分，所述GAMBIT前处理模块提供非结构性网格，整个计算区域为38135个网格节点，所述玻璃钢管的管内原油和管壁设置为密集的六面体网格，管外土壤设置为稀疏的三角形网格；

步骤2，将经所述非均匀化网格划分的所述管道和热影响区域几何模型导入FLUENT分析模块中；

步骤3，在所述FLUENT分析模块中选取数值模拟方法，模拟计算土壤温度场，具体包括如下步骤：

步骤301，设置所述几何模型的边界条件；

步骤302，将所述土壤温度场的影响因素的参数输入到所述FLUENT分析模块中；

步骤303，采用与所述边界条件对应的第一类控制方程以及第二类控制方程模拟计算所述土壤温度场；

步骤304，将所述土壤温度场的模拟结果导入Tecplot后处理模块中进行观察分析。

其中，在步骤302中，所述土壤温度场的影响因素包括大气温度、运行时间、管道材质、油流温度、管道埋深、距管壁距离。

其中，步骤301中，地表边界为对流换热边界条件，X＝10和X＝-10为绝热边界条件，Y＝-8为恒温边界条件，速度入口为管道入口边界条件，自由出流为管道出口边界条件。

其中，所述第一类控制方程与所述边界条件分别对应，具体为：

对流换热边界条件： ${\mathrm{\λ}}_s\frac{{\∂T}_s}{\∂y}={\mathrm{\α}}_a(T_s-T_a)---\left(1\right)$

绝热边界条件： $\frac{\∂T_s}{\∂x}=0---\left(2\right)$

恒温边界条件：T_s＝T_n        (3)

式中：

α₀——原油至管壁的的放热系数，W/(m²·℃)；

α_a——土壤至大气的放热系数，W/(m²·℃)；

T₀——管内壁温度，K；

R₀——管道内半径，m；

T_a——大气温度，K；

T_n——恒温层温度，K；

管道入口边界条件： $I\≡\frac{u^{\′}}{\stackrel{\‾}{u}}\widetilde{=}0.16{\left({\mathrm{Re}}_{D_H}\right)}^{-1/8}---\left(4\right)$

l＝0.07D_H        (5)

$k=\frac{3}{2}{\left(u^{\′}I\right)}^2---\left(6\right)$

$\mathrm{\ϵ}=\frac{{C_{\mathrm{\μ}}}^{3/4}{k}^{3/2}}{l}---\left(7\right)$

式中：I——湍流强度；

u'——湍流脉动速度，m/s；

——平均速度，m/s；

——按照水力直径D_H计算得到的雷诺数；

l——湍流长度尺寸，m；

k——湍动能，m²/s²；

ε——耗散率，m²/s³；

C_μ——经验常数，取0.09；

管道出口边界条件：u＝u_flow；       (8)

式中：u——管道出口流速；

u_flow——自由出流速度。

其中，所述玻璃钢管线管输系统中的流体湍流模型选用Realizable k-ε模型，所述土壤温度场模拟计算过程的第二类控制方程包括连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程：

连续性方程：

$\frac{\∂\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}{\∂t}+\frac{\∂}{\∂x_i}\left(\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρu}}_i}\right)=0---\left(9\right)$

动量守恒方程：

$\frac{\∂}{\∂t}\left(\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρu}}_i}\right)+\frac{\∂\left(\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρu}}_i{u}_j}\right)}{\∂x_j}=-\frac{\∂\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}{\∂x_i}+\frac{\∂}{\∂x_j}(\mathrm{\μ}\frac{\∂\stackrel{\‾}{u_i}}{\∂x_i}-\stackrel{\‾}{{{\mathrm{\ρu}}_i}^{\′}{u_j}^{\′}})+\frac{1}{3}\frac{\∂}{\∂x_i}\left(\mathrm{\μ}\frac{\∂\stackrel{\‾}{{\mathrm{\μ}}_j}}{\∂x_i}\right)---\left(10\right)$

能量守恒方程：

$C_p(\frac{\∂\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρT}}}{\∂t}+u_i\frac{\∂\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρT}}}{\∂x_i})=\frac{\∂}{\∂x_i}(k\frac{\∂\stackrel{\‾}{T}}{\∂x_i}-C_p\stackrel{\‾}{{{\mathrm{\ρu}}_i}^{\′}{T}^{\′}})+\stackrel{\‾}{{\mathrm{\φ}}^{\′}}+\stackrel{\‾}{S_T}---\left(11\right)$

方程中包含湍动应力和湍流附加热流方程不封闭。为使方程封闭，引入雷诺应力公式，采用湍流粘性系数模型的k-ε模型封闭方程组；

模型中ε为湍动耗散率，定义为：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{\mathrm{\μ}}{\mathrm{\ρ}}\stackrel{\‾}{\left(\frac{{{\∂u}_i}^{\′}}{{\∂x}_k}\right)\left(\frac{{{\∂u}_i}^{\′}}{{\∂x}_k}\right)}---\left(12\right)$

标准k-ε模型方程表示为：

$\mathrm{\ρ}\frac{\∂k}{\∂t}+\mathrm{\ρ}\frac{\∂\left({\mathrm{ku}}_i\right)}{\∂x_j}=\frac{\∂}{\∂x_i}\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}}{{\mathrm{\σ}}_k}\frac{\∂k}{\∂x_j}\right)+{\mathrm{\μ}}_t[2\mathrm{\Σ}{\left(\frac{{\∂u}_i}{\∂x_i}\right)}^2+\mathrm{\Σ}{(\frac{{\∂u}_i}{\∂x_j}+\frac{\∂u_j}{\∂x_i})}^2]-\mathrm{\ρ\ϵ}---\left(13\right)$

$\mathrm{\ρ}\frac{\∂\mathrm{\ϵ}}{\∂t}+\mathrm{\ρ}\frac{\∂\left({\mathrm{\ϵu}}_i\right)}{\∂x_i}=\frac{\∂}{\∂x_i}\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{eff}}}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ϵ}}}\frac{\∂\mathrm{\ϵ}}{\∂x_i}\right)+C_1{\mathrm{\μ}}_t\frac{\mathrm{\ϵ}}{k}[2\mathrm{\Σ}{\left(\frac{{\∂u}_i}{\∂x_i}\right)}^2+\mathrm{\Σ}{(\frac{{\∂u}_i}{\∂x_i}+\frac{{\∂u}_j}{\∂x_i})}^2]-C_2\mathrm{\ρ}\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2}{k}---\left(14\right)$

$\mathrm{\ρ}\stackrel{\‾}{{u_i}^{\′}{u_j}^{\′}}={\mathrm{\μ}}_t(\frac{\∂\stackrel{\‾}{u_i}}{\∂x_j}+\frac{\∂\stackrel{\‾}{u_j}}{\∂x_i})-\frac{2}{3}\mathrm{\ρk}{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}},\mathrm{\ρ}\stackrel{\‾}{{u_i}^{\′}T}=\frac{{\mathrm{\μ}}_t}{{\mathrm{Pr}}_t}\frac{\∂T}{\∂x_i}---\left(15\right)$

μ_eff＝μ+μ_t,μ_t＝C_μC_Dρk²/ε  (16)

式中：i，j——指标，分别为1，2，3；

ρ——管内油品密度，kg/m³；

u——速度矢量，m/s；

p——油品压力，Pa；

T——油品温度，K；

φ——耗散函数；

k——湍动能，m²/s²；

ε——耗散率，m²/s³；

μ——油品动力粘度，Pa·s；

μ_t——湍动粘度，kg/(m·s)；

C₁，C₂，C_μ，C_D——经验常数，FLUENT分析模块中默认为1.44，1.92，0.09，1.0；

σ_k，σ_ε——湍动能和湍动耗散率对应的普特朗数，分别取1.0，1.3；

Pr_t——湍动普朗特数，默认取0.85。

其中，所述玻璃钢管道周围的土壤的三维不稳定传热方程为：

${\mathrm{\ρ}}_s{c}_s\frac{\∂T_s}{\∂t}=\frac{\∂}{\∂x}\left({\mathrm{\λ}}_s\frac{\∂T_s}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left({\mathrm{\λ}}_s\frac{\∂T_s}{\∂y}\right)+\frac{\∂}{\∂z}\left({\mathrm{\λ}}_s\frac{\∂T_s}{\∂z}\right)---\left(17\right)$

式中：ρ_s——土壤的密度，kg/m³；

c_s——土壤的比热容，J/(kg·K)；

λ_s——土壤的导热系数，W/(m·℃)；

T_s——管线周围土壤温度，K。

其中，所述管道与热影响区域的几何模型中，设置管道长度为50m，管道埋深1m，管道流量68m³/h,管径190mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过本发明的分析方法模拟分析土壤温度场的分布，得到输送的运行时间、管道材质、油流温度、管道埋深、不同管壁距离对管外土壤温度场分布的影响情况，对原油常温输送提供了技术支持，同时找到有效的防垢、防蜡措施，为保证管线的安全、稳定运行提供了技术支持。

附图说明

图1a为本发明中玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法中的管道和热影响区域的横断面几何模型；

图1b为本发明中玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法中的管道径向几何模型；

图2为本发明中玻璃钢管线管输系统运行达到稳态时土壤温度场等温线图；

图3为本发明中不同深度的土壤温度受大气温度影响的变化图；

图4a为本发明中玻璃钢管周围土壤温度场分布云图；

图4b为本发明中无缝钢管周围土壤温度场分布云图；

图5a为本发明中玻璃钢钢管油流温度为20℃的土壤温度场温度分布图；

图5b为本发明中玻璃钢钢管油流温度为50℃的土壤温度场温度分布图；

图6为本发明中玻璃钢管周围温度场受不同管埋深度影响的温度变化图；

图7为本发明中玻璃钢管周围温度场离管壁不同距离处土壤温度变化图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明针对土壤温度场的模拟提供了一种玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，在进行模拟之前，需要设定一些参数，具体如下：

(1)原油的相关参数

油品在流动过程中，其温度不断变化，粘度、密度、比热容均为温度的函数，尤其是当进出站温差较大时，油品物性的变化幅度也大。

1)油品密度

一般情况下，原油的温度在20℃至70℃之间，原油密度随温度的变化不是很大，它们之间的关系可以用下面的线性关系式表示:

ρ＝ρ₀+ξT  (18)

式中：ρ——原油密度，kg/m³；

ρ₀、ξ——为常数，由实际测量数据拟合得到。

2)油品粘度

不同油品粘温特性差别很大，有关文献中所给出粘温公式的通用性是很有限的。美国材料试验协会(ASTM)推荐的方程

lg[lg(ν+0.8×10^-6)]＝a+blg(T+273)  (19)

式中ν——油品的运动粘度，m²/s；

a，b——随油品而不同的系数。

该式适用于石油产品，有些文献建议，对我国油品，上式0.8改为0.6。

3)油品导热系数

原油导热系数与温度的关系，可用线性关系表示如下：

λ＝λ₀+ξ_λT  (20)

式中：λ——原油导热系数，W/(m·℃)；

λ₀、ξ_λ——为常数，由实际测量数据拟合得到。

原油和成品油在管输条件下的导热系数约在0.1～0.16W/(m·℃)之间，大致计算可取0.14W/(m·℃)。油品呈半固态时导热系数比液态时要大，石蜡的平均导热系数可取2.5W/(m·℃)。

4)油品的比热容

根据含蜡原油比热容随温度变化的趋势图，可以按析蜡点温度T₁，最大比热容温度T_cmax,将C-T曲线分为三个区间：

式中：C——原油比热容，J/(kg·℃)；

T——油温，℃；

A、n、B、m——为常数，由实际测定的原油比热容经过曲线拟合得到。

(2)土壤的热物性参数

土壤的热物性参数取决于土壤的种类及土壤的温度、孔隙度、含水量等，下雪、土壤温度的昼夜及季节的波动等气象因素也会影响土壤的热物性参数。铺设管道时，回填土的特性不同与自然条件下土壤的特性，热油管道投产运行后,烘烤管周围土壤，其特性也会改变。管道沿线不同地区土壤的种类、性质不尽相同；同一管道不同季节，土壤的导热系数也不相同。本文计算中忽略土壤导热系数的变化,以某地输油管道的土壤分布为例,取土壤的平均导热系数为0.6W/(m·℃)，土壤比热容为c＝1163J/(kg·℃)，土壤密度ρ＝1800kg/m³。

(3)玻璃钢管的导热系数

根据红克管线现场资料可得，所用玻璃钢管的导热系数为0.4W/(m·℃)。

(4)管道总传热系数K的计算

管道总传热系数K是指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，它表示油流至周围介质散热的强弱，在计算管道沿程温降时，K值是关键参数。

工程上，管道总传热系数K的计算公式为

$\frac{1}{\mathrm{KD}}=\frac{1}{{\mathrm{\α}}_1{D}_1}+\mathrm{\Σ}\frac{1}{2{\mathrm{\λ}}_i}\ln \frac{D_{(i+1)}}{D_i}+\frac{1}{{\mathrm{\α}}_2{D}_w}---\left(22\right)$

对于无保温的大直径管道，如忽略内外径的差值，总传热系数可近似按下式计算

$K=\frac{1}{\frac{1}{{\mathrm{\α}}_1}+\mathrm{\Σ}\frac{{\mathrm{\δ}}_i}{{\mathrm{\λ}}_i}+\frac{1}{{\mathrm{\α}}_2}}---\left(23\right)$

式中K——管道总传热系数，W/(m²·℃)；

α₁——油流至管内壁的放热系数，W/(m²·℃)；

α₂——管外壁至土壤的放热系数，W/(m²·℃)；

δ_i——第i层的厚度，m；

λ_i——相应的第i层的导热系数，W/(m·℃)。

1)油流至管内壁的放热系数α₁的计算

放热强度决定于油的物理性质及流动状态。可用α₁与放热准数N_u、自然对流准数G_r和流体物理性质准数P_r间的数学关系式来表示。

层流时(Re<2000)，且Gr·Pr＞500时

${\mathrm{Nu}}_y=\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_1{D}_1}{{\mathrm{\&lambda;}}_y}=0.15{\mathrm{Re}}_y^{0.33}\&CenterDot;{\mathrm{Pr}}_y^{0.43}\&CenterDot;{\mathrm{Gr}}_y^{0.1}{\left(\frac{{\mathrm{Pr}}_y}{{\mathrm{Pr}}_b}\right)}^{0.25}---\left(24\right)$

Gr·Pr＜500时

${\mathrm{Nu}}_y=\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_1{D}_1}{{\mathrm{\&lambda;}}_y}=3.65---\left(25\right)$

紊流时(Re＞10⁴)，Pr<2500时：

${\mathrm{\&alpha;}}_1=0.021\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_y}{D_1}{\mathrm{Re}}_y^{0.8}\&CenterDot;{\mathrm{Pr}}_y^{0.44}\&CenterDot;{\left(\frac{{\mathrm{Pr}}_y}{{\mathrm{Pr}}_b}\right)}^{0.25}---\left(26\right)$

过渡区(2000<Re<10⁴)

${\mathrm{\&alpha;}}_1=K_0\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_y}{D_1}\&CenterDot;{\mathrm{Pr}}_f^{0.43}{\left(\frac{{\mathrm{Pr}}_f}{{\mathrm{Pr}}_b}\right)}^{0.25}---\left(27\right)$

式中—放热准数，无因次；

—流体物理性质准数，无因次；

—自然对流准数，无因次；

y—各参数取自由流的平均温度；

b—表示各参数取自管壁的平均温度。

λ_y——油的导热系数，W/(m·℃)；

υ_y——油的运动粘度，m²/s；

ρ_y——油的密度，kg/m³；

c_y——油的比热容，J/(kg·℃)；

g——重力加速度，m/s²。

β_y——定性温度下的流体体积膨胀系数，1/℃。可查得，亦可按下式计算：

$\mathrm{\&beta;}=\frac{1}{2310-{6340d}_4^{20}+{5965d}_4^{20}-t}---\left(28\right)$

式中，系数K₀是Re的函数，可由表1查得。

表1 系数K₀与Re的关系

Re×103	2.2	2.3	2.5	3.0	3.5	4.0	5.0	6.0	7.0	8.0	9.0	10
													K0	1.9	3.2	4.0	6.8	9.5	11	16	19	24	27	30	33

由上述计算式我们可以看出，紊流状态下的α₁比层流要大得多，因此由总传热系数的公式可知，紊流时的α₁对总传热系数的影响很小，可以忽略，而层流时则应当计入。

计算结论：油流至管内壁的放热系数α₁＝117.88W/(m²·℃)。

2)管壁的导热

管壁的导热包括钢管(或非金属管)、沥青绝缘层、保温层等的导热，针对本管道而言，无保温绝缘层，因此只计入玻璃钢管的导热，但玻璃钢管壁的导热热阻很小，因此可以忽略。

3)管外壁至土壤的放热系数α₂

对于埋地管道而言，管外壁至土壤的传热是管道散热的主要环节，管外壁的放热系数α₂就是管道散热强度的主要指标。对于不保温的埋地管道，当管内的油流为紊流状态时，总传热系数K近似等于α₂。考虑土壤自然温度场及土壤表面与大气热交换对管道散热的影响时，管壁至土壤的放热系数由下式确定：

${\mathrm{\&alpha;}}_2=\frac{{2\mathrm{\&lambda;}}_i{\mathrm{Bi}}_2}{D_w(1+H_{\mathrm{Dt}}{\mathrm{Bi}}_2)}---\left(29\right)$

其中， ${\mathrm{Bi}}_2=\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{ta}}{y}_0}{{\mathrm{\&lambda;}}_t},y_0=\sqrt{h_t^2-{\left(\frac{D_w}{2}\right)}^2},H_{\mathrm{Dt}}=\ln [\frac{2h_t}{D_w}+\sqrt{{\left(\frac{{2h}_t}{D_w}\right)}^2-1}]$

式中：λ_t——土壤导热系数，W/(m·℃)；

h_t——管中心埋深，m；

D_w——与土壤接触的管外径，m；

α_ta——土壤至地表面空气的放热系数，W/(m²·℃)

α_ta＝11.6+7.0w_a ^0.5   (30)

计算结论：管外壁至土壤的放热系数α₂＝1.99。

根据以上公式，结合管道设计参数，现场估算出的管道总传热系数值为1.91W/(m2·℃)。

上述参数的设定总结如表2和表3：

表2 土壤的物性和物理参数

物理量	测量值	单位
			密度	1800	Kg/m3
比热容	1163	J/(kg·℃)
			导热系数	0.6	W/(m·℃)
土壤下边界温度(-8m处)	2.2	℃
			大气与地面之间的对流换热系数αta	25.06	W/(m2·℃)
油流至管内壁的放热系数α1	117.88	W/(m2·℃)
			管外壁至土壤的放热系数α2	1.99	W/(m2·℃)

表3 计算中的其他数据

管内热油	40	℃
			玻璃钢管导热系数	0.4	W/(m·℃)
油品导热系数	0.14	W/(m·℃)
			油品密度	860.9	kg/m3
石蜡导热系数	2.5	W/(m·℃)
			平均大气温度	8.1	℃
管道埋深	1	m
			管道内径	0.19	m
管道壁厚	0.005	m

上述参数设定后，可对土壤温度场进行计算模拟，玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法包括以下步骤：

步骤1，利用GAMBIT前处理模块建立玻璃钢管线管输系统温度场的管道和热影响区域的几何模型，并进行网格划分，在建立模型和进行网格划分前，按照上述参数设定。

具体包括如下步骤：

步骤101，在所述GAMBIT前处理模块中设置所述玻璃钢管线管输系统管道和热影响区域的几何模型的几何尺寸；请参阅图1a所示，其为本发明中管道和热影响区域的横断面几何模型，图1b所示，其为本发明中管道的径向几何模型，设置玻璃钢管长度为50m，模型横断面为一准矩形区域，该矩形区域的左右两端之间的距离设置为20m，管道埋深1m，同时。设置管道流量68m³/h,管径190mm；

步骤102，如图1a所示，选取所述几何模型的坐标，选取笛卡尔坐标系，以所述玻璃钢管与土壤横断面为XY坐标面，以地表边界为X轴，向右为正方向，以垂直于X轴并经过所述玻璃钢管横断面的圆心的直线为Y轴，垂直向上为正方向，两轴交点为原点；

步骤103，对所述几何模型进行非均匀化网格划分，GAMBIT前处理模块提供的非结构性网格适应性很强，能划分出很多复杂形状的几何体。为了更好的反映出数据变化规律，在管道管壁处，需要采用比较密集的网格，而在管道管壁外很大的区域内，为减小模型规模，则采用相对稀疏的网格，即非均匀化网格，因此，述玻璃钢管的管内原油和管壁设置为密集的六面体网格，管外土壤设置为稀疏的三角形网格，整个计算区域为38135个网格节点。

步骤2，将经所述非均匀化网格划分的所述几何模型导入FLUENT分析模块中；

步骤3，在所述FLUENT分析模块中选取数值模拟方法，模拟计算土壤温度场，具体包括如下步骤：

步骤301，设置所述几何模型的边界条件；

步骤302，将所述土壤温度场的影响因素的参数输入到所述FLUENT分析模块中，此处的影响因素主要为大气温度、运行时间、管道材质、油流温度、管道埋深、距管壁距离六个因素；

步骤303，采用与所述边界条件对应的第一类控制方程以及第二类控制方程模拟计算所述土壤温度场；

步骤304，将所述土壤温度场的模拟结果导入Tecplot后处理模块中进行观察分析。

其中，如图1a和1b所示，边界条件分别设置如下：地表边界为对流换热边界条件，X＝10和X＝-10为绝热边界条件，Y＝-8为恒温边界条件，管道入口边界条件设置为速度入口，管道出口边界条件设置为自由出流。

第一控制方程与边界条件分别对应，具体为：

对流换热边界条件： ${\mathrm{\&lambda;}}_s\frac{{\&PartialD;T}_s}{\&PartialD;y}={\mathrm{\&alpha;}}_a(T_s-T_a)---\left(1\right)$

绝热边界条件： $\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;x}=0---\left(2\right)$

恒温边界条件：T_s＝T_n

                                          (3)

式中：α₀——原油至管壁的的放热系数，W/(m²·℃)；

α_a——土壤至大气的放热系数，W/(m²·℃)；

T₀——管内壁温度，K；

R₀——管道内半径，m；

T_a——大气温度，K；

T_n——恒温层温度，K；

管道入口边界条件： $I\&equiv;\frac{u^{\&prime;}}{\stackrel{\&OverBar;}{u}}\widetilde{=}0.16{\left({\mathrm{Re}}_{D_H}\right)}^{-1/8}---\left(4\right)$

l＝0.07D_H

                                 (5)

$k=\frac{3}{2}{\left(u^{\&prime;}I\right)}^2---\left(6\right)$

$\mathrm{\&epsiv;}=\frac{{C_{\mathrm{\&mu;}}}^{3/4}{k}^{3/2}}{l}---\left(7\right)$

式中：I——湍流强度；

u'——湍流脉动速度，m/s；

——平均速度，m/s；

——按照水力直径D_H计算得到的雷诺数；

l——湍流长度尺寸，m；

k——湍动能，m²/s²；

ε——耗散率，m²/s³；

C_μ——经验常数，取0.09；

管道出口边界条件：u＝u_flow；       (8)

式中：u——管道出口流速；

u_flow——自由出流速度。

本实施例中，FLUENT分析模块模拟计算土壤温度场时，对于不同的传热边界应用的不同的控制方程。由于大气温度一年四季发生着变化，管道原油的温度和流量也在不断地变化，从而导致埋地管道周围土壤温度随之改变，且有管道的土壤传热是一个比较复杂的非稳态过程，受多种因素影响。埋地热油管道非稳态工况涉及到管内流体流动的质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、管外土壤导热方程以及湍流的标准k-ε两方程模型和VOF(Volume of Fluids)多相流模型。

玻璃钢管线管输系统中的流体湍流模型选用Realizable k-ε模型，所述土壤温度场模拟计算过程的第二控制方程包括连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程：

连续性方程：

$\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;}}}{\&PartialD;t}+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_i}\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&rho;u}}_i}\right)=0---\left(9\right)$

动量守恒方程：

$\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;t}\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&rho;u}}_i}\right)+\frac{\&PartialD;\left(\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&rho;u}}_i{u}_j}\right)}{\&PartialD;x_j}=-\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;}}}{\&PartialD;x_i}+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_j}(\mathrm{\&mu;}\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{u_i}}{\&PartialD;x_i}-\stackrel{\&OverBar;}{{{\mathrm{\&rho;u}}_i}^{\&prime;}{u_j}^{\&prime;}})+\frac{1}{3}\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_i}\left(\mathrm{\&mu;}\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&mu;}}_j}}{\&PartialD;x_i}\right)---\left(10\right)$

能量守恒方程：

$C_p(\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;T}}}{\&PartialD;t}+u_i\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;T}}}{\&PartialD;x_i})=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_i}(k\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{T}}{\&PartialD;x_i}-C_p\stackrel{\&OverBar;}{{{\mathrm{\&rho;u}}_i}^{\&prime;}{T}^{\&prime;}})+\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&phi;}}^{\&prime;}}+\stackrel{\&OverBar;}{S_T}---\left(11\right)$

方程中包含湍动应力和湍流附加热流方程不封闭。为使方程封闭，引入雷诺应力公式，采用湍流粘性系数模型的k-ε模型封闭方程组；

模型中ε为湍动耗散率，定义为：

$\mathrm{\&epsiv;}=\frac{\mathrm{\&mu;}}{\mathrm{\&rho;}}\stackrel{\&OverBar;}{\left(\frac{{{\&PartialD;u}_i}^{\&prime;}}{\&PartialD;x_k}\right)\left(\frac{{{\&PartialD;u}_i}^{\&prime;}}{\&PartialD;x_k}\right)}---\left(12\right)$

标准k-ε模型方程表示为：

$\mathrm{\&rho;}\frac{\&PartialD;k}{\&PartialD;t}+\mathrm{\&rho;}\frac{\&PartialD;\left({\mathrm{ku}}_i\right)}{\&PartialD;x_j}=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_i}\left(\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{eff}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_k}\frac{\&PartialD;k}{\&PartialD;x_j}\right)+{\mathrm{\&mu;}}_t[2\mathrm{\&Sigma;}{\left(\frac{{\&PartialD;u}_i}{\&PartialD;x_i}\right)}^2+\mathrm{\&Sigma;}{(\frac{{\&PartialD;u}_i}{\&PartialD;x_j}+\frac{\&PartialD;u_j}{\&PartialD;x_i})}^2]-\mathrm{\&rho;\&epsiv;}---\left(13\right)$

$\mathrm{\&rho;}\frac{\&PartialD;\mathrm{\&epsiv;}}{\&PartialD;t}+\mathrm{\&rho;}\frac{\&PartialD;\left({\mathrm{\&epsiv;u}}_i\right)}{\&PartialD;x_i}=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_i}\left(\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{eff}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&epsiv;}}}\frac{\&PartialD;\mathrm{\&epsiv;}}{\&PartialD;x_i}\right)+C_1{\mathrm{\&mu;}}_t\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k}[2\mathrm{\&Sigma;}{\left(\frac{{\&PartialD;u}_i}{\&PartialD;x_i}\right)}^2+\mathrm{\&Sigma;}{(\frac{{\&PartialD;u}_i}{\&PartialD;x_i}+\frac{{\&PartialD;u}_j}{\&PartialD;x_i})}^2]-C_2\mathrm{\&rho;}\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}^2}{k}---\left(14\right)$

$\mathrm{\&rho;}\stackrel{\&OverBar;}{{u_i}^{\&prime;}{u_j}^{\&prime;}}={\mathrm{\&mu;}}_t(\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{u_i}}{\&PartialD;x_j}+\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{u_j}}{\&PartialD;x_i})-\frac{2}{3}\mathrm{\&rho;k}{\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}},\mathrm{\&rho;}\stackrel{\&OverBar;}{{u_i}^{\&prime;}T}=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_t}{{\mathrm{Pr}}_t}\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;x_i}---\left(15\right)$

μ_eff＝μ+μ_t,μ_t＝C_μC_Dρk²/ε   (16)

式中：i，j——指标，为1，2，3；

ρ——管内油品密度，kg/m³；

u——速度矢量，m/s；

p——油品压力，Pa；

T——油品温度，K；

φ——耗散函数；

k——湍动能，m²/s²；

ε——耗散率，m²/s³；

μ——油品动力粘度，Pa·s；

μ_t——湍动粘度，kg/(m·s)；

C₁，C₂，C_μ，C_D——经验常数，FLUENT中默认值1.44，1.92，0.09，1.0；

σ_k，σ_ε——湍动能和湍动耗散率对应的普特朗数，分别取1.0，1.3；

Pr_t——湍动普朗特数，默认取0.85。

玻璃钢管管道道周围的土壤的三维不稳定传热方程为：

${\mathrm{\&rho;}}_s{c}_s\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;t}=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x}\left({\mathrm{\&lambda;}}_s\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;x}\right)+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;y}\left({\mathrm{\&lambda;}}_s\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;y}\right)+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;z}\left({\mathrm{\&lambda;}}_s\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;z}\right)---\left(17\right)$

式中：ρ_s——土壤的密度，kg/m³；

c_s——土壤的比热容，J/(kg·K)；

λ_s——土壤的导热系数，W/(m·℃)；

T_s——管线周围土壤温度，K。

步骤4，以大气温度、运行时间、管道材质、油流温度、管道埋深、距管壁距离6个因素为分析对象，对不同条件下管道周围温度变化情况进行统计。

计算模拟结果如下：

1.有热油玻璃钢管管道影响时土壤温度分布情况。

土壤温度场分布情况：自然条件下的土壤温度场分布和有热油玻璃钢管管道影响的土壤温度场分布趋势不同，自然条件下土壤温度场分布呈线性分布，有热油玻璃钢管管道影响的土壤温度场分布呈曲线分布。请参阅图2所示，其为本发明中玻璃钢管线管输系统运行达到稳态时土壤温度场等温线图，大气温度t_f＝12℃，油流温度t_w＝40℃时玻璃钢管输油达到稳态时的周围土壤温度分布云图经Tecplot后处理模块处理后得到土壤温度场等温线图(图中等值线上的数字代表土壤温度，单位为K)，管道运行达到稳定状态时的土壤温度场呈曲线分布。从图中的温度值可以知道，随着土壤深度越深，热油管道对下方土壤温度场的影响越微弱。

2.对六种影响因素的分析。

(1)大气温度

请参阅图3所示，其为本发明中不同深度的土壤温度受大气温度影响的变化图，分别对距地面0.5m,0.8m,1.0m,1.5m,2.0m,3.0m,4.0m深度的，从图中可看出，不受热油管道影响的土壤自然温度曲线为一组平滑的余弦曲线，随着土壤深度的增加，余弦曲线的振幅逐渐变小，直至趋于零。即，土壤深度越深，土壤温度受大气温度的影响程度就越小；另外，随着土壤深度的增大，温度曲线在时间轴上向后延迟，深度越大，这种延迟性趋势就越弱。

(2)运行时间

当存在埋地玻璃钢管热油管道的时候，管道在运行过程中不断向外界散发热量，由于大地温度场受到热油管道的影响，原来的初始温度场要重新分布。输油刚开始阶段，管道附近的土壤受到热油管道的影响比较大，随着管道运行时间的增大，热量不断向周围扩散，并且由于大地温度波的滞后性，土壤温度场不会立即就达到稳定的状态。通过对比可以看出，在管道刚刚启运阶段，土壤温度场还未达到一个相对的稳定状态，在启运10h后热油管道对土壤温度场的影响范围非常小，热量只会在管壁处扩散开，直到管道启运500h后管道周围土壤才有明显的温度提升现象。

(3)管道材质

在其他条件均相同的条件下，对输送热油的无缝钢管与玻璃钢钢管对土壤温度场的分布进行了分析，请参阅图4a和4b玻璃钢管周围土壤温度场分布云图和无缝钢管周围土壤温度场分布云图，从图中可得，在输送达到稳定状态后，无缝钢管管壁周围土壤温度可达37℃，而玻璃钢管管壁周围土壤温度为25℃。由此得出：玻璃钢管对周围土壤温度场的影响程度小于无缝钢管，玻璃钢管的保温性能优异，所以，在实际工程中，越来越多的油田采用玻璃钢管进行原油的输送。

(4)油流温度

在分析埋地管道周围土壤温度场时，要考虑影响管道对外散热量的变化从而导致土壤温度场变化的因素。埋地管道的油流温度不同，在相同条件下会影响管道周围土壤温度分布规律。

以上的所有参数都不变，改变玻璃钢管管道油流温度，取油流温t_w＝20℃，30℃，40℃，50℃，得到管道运行达到稳定后不同的土壤温度分布，请参阅图5a和图5b分别为经Tecplot转化的玻璃钢钢管油流温度为20℃和50℃的土壤温度场温度分布图，从图中可以看出，当其他条件不变时,管道内油流温度不同，油流对外散热量的变化幅度不同，从而导致土壤温度场分布不同。如油流温度为20℃时，管道运行趋于稳定之后，管道埋深处土壤温度达19℃，而当油流温度为50℃时，管道埋深处土壤温度达46℃。

因此，管道内油流温度对周围土壤温度场影响很大，所以要根据四季变化综合考虑一个比较合适的油流温度进行运输任务。

(5)管道埋深

请参阅图6所示，其为玻璃钢管周围温度场受不同管埋深度影响的温度变化图，在大气温度变化的情况下，土壤温度随着管道埋深的增加而增加，但是提升幅度随着埋深的增加而有所减小。并且，当管道埋深较浅的时候，土壤温度场受外界环境的影响比较大，在夏季大气温度比较高的时候尤其明显。

(6)土壤距管壁距离

请参阅图7所示，其为玻璃钢管周围温度场离管壁不同距离处土壤温度变化图，从图中可得出，离管壁不同距离处的土壤温度增大速率不同，管道附近土壤温度升高较快，较远处温度升高缓慢。在水平方向上，距管道中心3.5m处，温度几乎达到稳定值；垂直方向上，距管道中心4.5m外，土壤温度场几乎不受热油管道的影响。

通过本发明的分析方法模拟分析土壤温度场的分布，得到输送的运行时间、管道材质、油流温度、管道埋深、不同管壁距离对管外土壤温度场分布的影响情况，对原油常温输送提供了技术支持，同时找到有效的防垢、防蜡措施，为保证管线的安全、稳定运行提供了技术支持。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用GAMBIT前处理模块建立玻璃钢管线管输系统温度场的管道和热影响区域的几何模型，并进行网格划分；

具体包括如下步骤：

步骤101，在所述GAMBIT前处理模块中设置所述玻璃钢管线管输系统管道和热影响区域的几何模型的几何尺寸；

步骤102，选取所述管道和热影响区域的几何模型的坐标，选取笛卡尔坐标系，以所述玻璃钢管与土壤横断面为XY坐标面，以地表边界为X轴，向右为正方向，以垂直于X轴并经过所述玻璃钢管横断面的圆心的直线为Y轴，垂直向上为正方向，两轴交点为原点；

步骤103，对所述管道和热影响区域的几何模型进行非均匀化网格划分，所述GAMBIT前处理模块提供非结构性网格，整个计算区域为38135个网格节点，所述玻璃钢管的管内原油和管壁设置为密集的六面体网格，管外土壤设置为稀疏的三角形网格；

步骤2，将经所述非均匀化网格划分的所述管道和热影响区域几何模型导入FLUENT分析模块中；

步骤3，在所述FLUENT分析模块中选取数值模拟方法，模拟计算土壤温度场，具体包括如下步骤：

步骤301，设置所述管道和热影响区域几何模型的边界条件；

步骤302，将所述土壤温度场的影响因素的参数输入到所述FLUENT分析模块中；

步骤303，采用与所述边界条件对应的第一类控制方程以及第二类控制方程模拟计算所述土壤温度场；

步骤304，将所述土壤温度场的模拟结果导入Tecplot后处理模块中进行观察分析。

2.根据权利要求1所述的玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，其特征在于，在步骤302中，所述土壤温度场的影响因素包括大气温度、运行时间、管道材质、油流温度、管道埋深、距管壁距离。

3.根据权利要求1所述的玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，其特征在于，步骤301中，地表边界为对流换热边界条件，X＝10和X＝-10为绝热边界条件，Y＝-8为恒温边界条件，速度入口为管道入口边界条件，自由出流为管道出口边界条件。

4.根据权利要求3所述的玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，其特征在于，所述第一类控制方程与所述边界条件分别对应，具体为：

对流换热边界条件： ${\mathrm{\&lambda;}}_s=\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;y}={\mathrm{\&alpha;}}_a(T_s-T_a)---\left(1\right)$

绝热边界条件： $\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;x}=0---\left(2\right)$

恒温边界条件：T_s＝T_n           (3)

式中：

α₀——原油至管壁的的放热系数，W/(m²·℃)；

α_a——土壤至大气的放热系数，W/(m²·℃)；

T₀——管内壁温度，K；

R₀——管道内半径，m；

T_a——大气温度，K；

T_n——恒温层温度，K；

管道入口边界条件： $I\&equiv;\frac{u^{\&prime;}}{\stackrel{\&OverBar;}{u}}\widetilde{=}0.16{\left({\mathrm{Re}}_{D_H}\right)}^{-1/8}---\left(4\right)$

l＝0.07D_H          (5)

$k=\frac{3}{2}{\left(u^{\&prime;}I\right)}^2---\left(6\right)$

$\mathrm{\&epsiv;}=\frac{{C_{\mathrm{\&mu;}}}^{3/4}{k}^{3/2}}{l}---\left(7\right)$

式中：I——湍流强度；

u'——湍流脉动速度，m/s；

——平均速度，m/s；

——按照水力直径D_H计算得到的雷诺数；

l——湍流长度尺寸，m；

k——湍动能，m²/s²；

ε——耗散率，m²/s³；

C_μ——经验常数，取0.09；

管道出口边界条件：u＝u_flow；         (8)

式中：u——管道出口流速；

u_flow——自由出流速度。

5.根据权利要求1所述的玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，其特征在于，所述玻璃钢管线管输系统中的流体湍流模型选用Realizablek-ε模型，所述土壤温度场模拟计算过程的第二类控制方程包括连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程：

连续性方程：

$\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;}}}{\&PartialD;t}+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_i}\left(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;}{u}_i}\right)=0---\left(9\right)$

动量守恒方程：

$\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;t}\left(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;}{u}_i}\right)+\frac{\&PartialD;\left(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;}{u}_i{u}_j}\right)}{\&PartialD;x_j}=-\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;}}}{\&PartialD;x_i}+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_j}(\mathrm{\&mu;}\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{u_i}}{\&PartialD;x_i}-\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;}{u_i}^{\&prime;}{u_j}^{\&prime;}})+\frac{1}{3}\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_i}\left(\mathrm{\&mu;}\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{u_j}}{\&PartialD;x_i}\right)---\left(10\right)$

能量守恒方程：

$C_p(\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;T}}}{\&PartialD;t}+u_i\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;T}}}{\&PartialD;x_i})=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_i}(k\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{T}}{\&PartialD;x_i}-C_p\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&rho;}{u_i}^{\&prime;}{T}^{\&prime;}})+\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&phi;}}^{\&prime;}}+\stackrel{\&OverBar;}{S_T}---\left(11\right)$

方程中包含湍动应力和湍流附加热流方程不封闭。为使方程封闭，引入雷诺应力公式，采用湍流粘性系数模型的k-ε模型封闭方程组；

模型中ε为湍动耗散率，定义为：

$\mathrm{\&epsiv;}=\frac{\mathrm{\&mu;}}{\mathrm{\&rho;}}\stackrel{\&OverBar;}{\left(\frac{\&PartialD;{u_i}^{\&prime;}}{\&PartialD;x_k}\right)\left(\frac{\&PartialD;{u_i}^{\&prime;}}{\&PartialD;x_k}\right)}---\left(12\right)$

标准k-ε模型方程表示为：

$\mathrm{\&rho;}\frac{\&PartialD;k}{\&PartialD;t}+\mathrm{\&rho;}\frac{\&PartialD;\left({\mathrm{ku}}_i\right)}{\&PartialD;x_j}=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_i}\left(\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{eff}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_k}\frac{\&PartialD;k}{\&PartialD;x_j}\right)+{\mathrm{\&mu;}}_t[2\mathrm{\&Sigma;}{\left(\frac{\&PartialD;u_i}{\&PartialD;x_i}\right)}^2+\mathrm{\&Sigma;}{(\frac{\&PartialD;u_i}{\&PartialD;x_j}+\frac{\&PartialD;u_j}{\&PartialD;x_i})}^2]-\mathrm{\&rho;\&epsiv;}---\left(13\right)$

$\mathrm{\&rho;}\frac{\&PartialD;\mathrm{\&epsiv;}}{\&PartialD;t}+\mathrm{\&rho;}\frac{\&PartialD;\left(\mathrm{\&epsiv;}{u}_i\right)}{\&PartialD;x_i}=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x_i}\left(\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{eff}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_{\mathrm{\&epsiv;}}}\frac{\&PartialD;\mathrm{\&epsiv;}}{\&PartialD;x_i}\right)+C_1{\mathrm{\&mu;}}_t\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{k}[2\mathrm{\&Sigma;}{\left(\frac{\&PartialD;u_i}{\&PartialD;x_i}\right)}^2+\mathrm{\&Sigma;}{(\frac{\&PartialD;u_i}{\&PartialD;x_i}+\frac{\&PartialD;u_j}{\&PartialD;x_i})}^2]-C_2\mathrm{\&rho;}\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}^2}{k}---\left(14\right)$

$\mathrm{\&rho;}\stackrel{\&OverBar;}{{u_i}^{\&prime;}{u_j}^{\&prime;}}={\mathrm{\&mu;}}_t(\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{u_i}}{\&PartialD;x_j}+\frac{\&PartialD;\stackrel{\&OverBar;}{u_j}}{\&PartialD;x_i})-\frac{2}{3}\mathrm{\&rho;k}{\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}},\mathrm{\&rho;}\stackrel{\&OverBar;}{{u_i}^{\&prime;}T}=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_t}{{\mathrm{Pr}}_t}\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;x_i}---\left(15\right)$

μ_eff＝μ+μ_t,μ_t＝C_μC_Dρk²/ε   (16)

式中：i，j——指标，分别为1，2，3；

ρ——管内油品密度，kg/m³；

u——速度矢量，m/s；

p——油品压力，Pa；

T——油品温度，K；

φ——耗散函数；

k——湍动能，m²/s²；

ε——耗散率，m²/s³；

μ——油品动力粘度，Pa·s；

μ_t——湍动粘度，kg/(m·s)；

C₁，C₂，C_μ，C_D——经验常数，FLUENT分析模块中默认为1.44，1.92，0.09，1.0；

σ_k，σ_ε——湍动能和湍动耗散率对应的普特朗数，分别取1.0，1.3；

Pr_t——湍动普朗特数，默认取0.85。

6.根据权利要求1所述的玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，其特征在于，所述玻璃钢管道周围的土壤的三维不稳定传热方程为：

${\mathrm{\&rho;}}_s{c}_s\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;t}=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x}\left({\mathrm{\&lambda;}}_s\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;x}\right)+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;y}\left({\mathrm{\&lambda;}}_s\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;y}\right)+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;z}\left({\mathrm{\&lambda;}}_s\frac{\&PartialD;T_s}{\&PartialD;z}\right)---\left(17\right)$

式中：ρ_s——土壤的密度，kg/m³；

c_s——土壤的比热容，J/(kg·K)；

λ_s——土壤的导热系数，W/(m·℃)；

T_s——管线周围土壤温度，K。

7.根据权利要求1所述的玻璃钢管线管输系统温度场非稳态特性分析方法，其特征在于，所述管道与热影响区域的几何模型中，设置管道长度为50m，管道埋深1m，管道流量68m³/h,管径190mm。