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K 69
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