同沟并行管道周围土壤温度场的数值模拟

冻土区油气管道周围土壤的热水力三场的数学模型作者：暂无来源：《中国储运》 2011年第11期文／薛洪江吕宏庆摘要：针对穿越冻土区埋地管道存在冻害破坏的安全问题，根据冻土区管道周围实际环境的具体情况，分别综述了管道周围土壤温度场、水热耦合场及管道与水热力三场耦合的数学模型，提出在实际工程建立各个数学模型时需考虑的因素，以期为冻土区埋地油气管道的设计、施工及运行提供参考。

关键词：冻土：管道：温度场：热水耦合场：热水力耦合场：数学模型随着冻土区油气资源的开发，使得穿越冻土区的埋地管道越来越多，其最常见的安全问题是冻害破坏。

为此，在管道设计初期，应对不同地质构造下的土体进行计算分析，预测埋地管道周围土壤冻融过程中热水力三场的变化。

目前在道路和桥梁工程方面，已较全面地开展了冻土工程相关技术的研究工作，但对冻土区油气管道工程的研究较少。

国内外学者在此方面的研究主要集中在对埋地管道周围土壤的温度场、冻土融化圈、水分迁移、应力场和变形场等的分析与计算上。

为更好地解决冻土区埋地油气管道可能遇到的问题，预测埋地管道周围土壤冻融过程中热水力三场的变化，有必要对埋地管道与周围环境的耦合关系进行更深的理论研究，以确保管道的安全运行。

1．埋地管道周围温度场的数学模型温度在土壤中各点分布的集合称为土壤的温度场，温度场是研究冻土的冻融对管道影响的前提。

而埋地油气管道周围冻土温度场的变化规律，受到冻土自身的物性、大气环境温度和管内流体温度的影响。

在冻土区，随着地面温度的波动，将会引起温度梯度作用下热量在土壤中的传输，导致地面热量向下传播，同时埋地管道与周围土壤发生热量交换，温度场数学模型如下。

该模型中，在冻结区和融化区均假设土体在空间上是分层均质的，土体中的含水量较小，均匀分布，而且无源补给和排水作用，各土层含水量稳定。

因此，土体的热物理参数分层稳定，从而可求管道周围的温度场。

实际上，冻土和多年冻土区多具有较强的源汇作用，例如高地下水位、大气降水积水等，水分成了一个不可忽略的影响因素。

材料数值模拟——温度场模拟材料数值模拟是利用计算机技术对材料的性质进行模拟和预测的方法之一、在材料科学领域，温度场模拟是一种非常重要的数值模拟方法，可以通过对材料的热传导过程进行数值计算，来预测材料的温度分布和温度变化情况。

本文将对温度场模拟进行详细介绍。

首先，温度场模拟是基于热传导方程进行计算的。

热传导方程描述了热量在材料中的传递过程，其一般形式可以写作：∂T/∂t=∇(k∇T)+Q，其中T表示温度，t表示时间，∇表示温度梯度，k表示热导率，Q表示体积热源项。

这个方程可以用来计算材料内部不同位置的温度分布，以及随着时间推移的温度变化。

在进行温度场模拟之前，首先需要确定模型的边界条件。

边界条件包括材料的初始温度分布和外部环境对材料的热辐射和对流散热等影响。

通过对边界条件的设定，可以更准确地模拟实际情况下的温度场。

其次，进行温度场模拟时，需要确定材料的热物理参数。

热物理参数包括热导率、比热容和密度等物性参数。

这些参数是计算热传导方程中的关键参数，对于模拟结果的准确性和可靠性有着重要的影响。

进行温度场模拟的关键步骤是将热传导方程离散化，并通过数值解法求解离散化后的方程。

提供了一种常用的数值求解方法，有限差分法。

有限差分法将连续的热传导方程离散化为差分方程，然后通过迭代计算得到温度场的数值解。

有限差分法不仅适用于简单的几何形状和边界条件，还可以通过适当的扩展和修正来处理复杂的几何形状和边界条件。

此外，为了提高温度场模拟的精度和效率，还可以采用一些优化方法和近似技术。

例如，可以使用自适应网格技术来调整网格的密度，使得在温度变化明显的区域网格更加细化，在温度变化缓慢的区域网格更加稀疏。

还可以使用多重网格方法和并行计算技术来加速计算过程，提高模拟效率。

最后，进行温度场模拟后，可以通过可视化技术将模拟结果以图像或动画的形式展示出来。

这样可以直观地观察温度分布和变化情况，揭示材料内部的热传导过程，并对实际系统的性能进行预测和优化。

基于Fluent模拟的地埋管周围不同深度土壤温度场变化分析作者：李坤坤康琳支鹏羽于瑞佼马坤茹来源：《中国房地产业·中旬》2020年第12期摘要：利用Gambit建模软件建立简单的埋管模型，并定义其边界条件，利用Fluent数值模拟软件分别模拟距离埋管中心不同距离处测点温度变化情况，并且在不同距离处设置不同深度的测点，经过为期六年的间歇性连续模拟，最终得出距离埋管中心距离相同时，土壤各测点温度变化趋势因测点的深度不同而不同，且深度越大，温度越低;测点深度相同时，土壤各测点温度变化趋势因测点距埋管中心距离不同而不同，且距离越远温度越低，但是，无论哪一种情况，每年取热完成之后各测点温度都有所升高，即每年完成系统正常运行后土壤温度都有所升高。

关键词：地埋管;不同深度;数值模拟;温度场;变化分析1 引言我国北方寒冷地区污染严重，清洁能源供热逐渐替代燃煤供熱，地源热泵供热得到广泛认可，因为我国北方寒冷地区采暖期比较长，冷热负荷不均衡，长期使用导致地下温度逐渐降低，采暖效果受到影响，一般采用加热器辅助加热，考虑到北方寒冷地区太阳能资源丰富，在非采暖季将太阳能的热量转移到土壤中储存，即解决地下温度场不平衡问题又有效利用清洁能源做到节能减排，顺应时代潮流。

所以对地下温度场进行全面的研究才能让我们更好地掌握和应用该系统。

2 太阳能耦合地源热泵系统2.1 系统组成由图1可以看出，该系统主要可以分为三部分：集热器、蓄热库及热用户。

2.2 系统运行情况2.2.1 在非采暖季节运行情况在非采暖季节，集热器吸收太阳能加热罐中的热水使其高温度，达到设定温度后，启动预埋管道中的热水循环将热量转移到土壤中使其温度升高，土壤用作储热体，以储存冬季取暖的热量。

2.2.2 在供暖季节运行情况2.2.2.1 白天太阳光照射度较高时，集热器收集太阳光的热量通过板式换热器1、2为用户供暖。

在用户需要热量较多时，存储在土壤中的热量可以通过板式热交换器3为用户供热。