埋地管道管壁处一维传热参量的确定方法、系统及设备

本发明涉及一维传热参量计算，尤其涉及埋地管道管壁处一维传热参量的确定方法、系统及设备。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、长输管道埋地敷设，管外是半无限大土壤导热空间。管内输送介质温度变化、大气环境温度变化均会造成管外土壤温度场处于非稳态；管外土壤非稳态的温度分布导致管壁附近温度梯度呈现非稳态，即管道与周围环境的换热始终存在动态变化，且进一步影响管内介质的流动与传质过程。如：（1）热油管道投产预热过程，管内外非稳态换热影响投产预热时长计算。（2）热含蜡原油管道停输再启动过程，管内外非稳态换热影响管道安全停输时间计算。（3）冷热油品交替输送过程，管内外非稳态换热影响管内油品的动态热力水力特性计算。（4）成品油管道顺序输送过程，管内外非稳态换热影响混油界面位置与混油长度计算。除输油管道外，城市供热管道、地热管道及各类冷热交替输送管道等同样存在管外半无限大导热空间的非稳态温度场，影响管内介质的热力水力特性与相关参数计算。

3、针对长距离管道，通常将管道视为一维结构，管道壁面与周围环境的非稳态换热过程需以一维的传热参量来表征。当前针对管内外非稳态换热过程，常通过数值计算方法，计算动态边界条件下的各微元管段截面的二维非稳态温度场，从而得到管道壁面处的热流密度以及当量总传热系数等一维传热参量，再用于管内外热量交换计算。该计算方法需进行大量网格节点迭代计算，计算时间长，难以满足长距离管道动态过程的实时计算。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了埋地管道管壁处一维传热参量的确定方法、系统及设备，实现了对埋地管道管壁处一维传热参量的快速计算。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，提出了埋地管道管壁处一维传热参量的确定方法，包括：

4、获取与埋地管道管壁处一维传热参量计算相关的各参数数据；

5、根据各参数数据，构建多个仅含有单一单位温度边界条件的非稳态传热模型；

6、对每个仅含有单一单位温度边界条件的非稳态传热模型进行数值求解，获得每个单一单位温度边界条件下的管壁处一维传热参量与时间的数学关系；

7、将每个单一单位温度边界条件下的管壁处一维传热参量与时间的数学关系与获取的参数数据中对应边界处的温度边界条件进行分段卷积计算，获得每个单一温度边界条件下的管壁处一维传热参量；

8、将所有单一温度边界条件下的管壁处一维传热参量加和，获得所有非齐次边界条件共同影响下的埋地管道管壁处一维传热参量。

9、进一步的，与埋地管道管壁处一维传热参量计算相关的各参数数据包括管道外径、管道埋深、管道外部导热空间的热力影响区范围、固体材料物性参数、初始温度场分布以及各边界位置处的温度边界条件。

10、进一步的，仅含有单一单位温度边界条件的非稳态传热模型中的温度边界条件为第一类温度边界条件、第二类温度边界条件或第三类温度边界条件。

11、进一步的，管壁处一维传热参量为管壁处热流密度或管壁处动态总传热系数。

12、进一步的，分段卷积计算的过程为：对处于非稳态段的一维传热参量，将该一维传热参量与时间的数学关系与获取的参数数据中对应边界处的温度边界条件进行卷积计算，获得非稳态段的单一温度边界条件下的管壁处一维传热参量；

13、对处于稳态段的一维传热参量，将未达到稳定值的一维传热参量与时间的数学关系与获取的参数数据中对应边界处的温度边界条件进行卷积计算，获得稳态段的单一温度边界条件下未达到稳定值的管壁处一维传热参量；将达到稳定值的一维传热参量与获取的参数数据中对应边界处的温度边界条件中稳态时刻所对应的时间节点的温度条件值相乘，获得稳态段的单一温度边界条件下达到稳定值的管壁处一维传热参量；将稳态段的单一温度边界条件下未达到稳定值的管壁处一维传热参量与稳态段的单一温度边界条件下达到稳定值的管壁处一维传热参量相加，获得稳态段的单一温度边界条件下的管壁处一维传热参量。

14、进一步的，根据单一单位温度边界条件下的管壁处一维传热参量与时间的数学关系中一维传热参量关于时间的梯度变化，确定一维传热参量处于稳态段还是非稳态段。

15、进一步的，计算单一单位温度边界条件下的管壁处一维传热参量与时间的数学关系中一维传热参量关于时间的梯度变化；

16、当一维传热参量关于时间的梯度变化小于等于设定误差值时，判定一维传热参量处于稳态段；

17、当一维传热参量关于时间的梯度变化大于设定误差值时，判定一维传热参量处于非稳态段。

18、第二方面，提出了埋地管道管壁处一维传热参量的确定系统，包括：

19、数据获取单元，用于获取与埋地管道管壁处一维传热参量计算相关的各参数数据；

20、模型构建单元，用于根据各参数数据，构建多个仅含有单一单位温度边界条件的非稳态传热模型；

21、一维传热参量确定单元，用于对每个仅含有单一单位温度边界条件的非稳态传热模型进行数值求解，获得每个单一单位温度边界条件下的管壁处一维传热参量与时间的数学关系；将每个单一单位温度边界条件下的管壁处一维传热参量与时间的数学关系与获取的参数数据中对应边界处的温度边界条件进行分段卷积计算，获得每个单一温度边界条件下的管壁处一维传热参量；将所有单一温度边界条件下的管壁处一维传热参量加和，获得所有非齐次边界条件共同影响下的埋地管道管壁处一维传热参量。

22、进一步的，一维传热参量确定单元，用于分段卷积计算的过程为：对处于非稳态段的一维传热参量，将该一维传热参量与时间的数学关系与获取的参数数据中对应边界处的温度边界条件进行卷积计算，获得非稳态段的单一温度边界条件下的管壁处一维传热参量；对处于稳态段的一维传热参量，将未达到稳定值的一维传热参量与时间的数学关系与获取的参数数据中对应边界处的温度边界条件进行卷积计算，获得稳态段的单一温度边界条件下未达到稳定值的管壁处一维传热参量；将达到稳定值的一维传热参量与获取的参数数据中对应边界处的温度边界条件中稳态时刻所对应的时间节点的温度条件值相乘，获得稳态段的单一温度边界条件下达到稳定值的管壁处一维传热参量；将稳态段的单一温度边界条件下未达到稳定值的管壁处一维传热参量与稳态段的单一温度边界条件下达到稳定值的管壁处一维传热参量相加，获得稳态段的单一温度边界条件下的管壁处一维传热参量。

23、第三方面，提出了一种计算机设备，所述设备包括：

24、处理器，适于执行计算机程序；

25、计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现第一方面提出的埋地管道管壁处一维传热参量的确定方法。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、本发明提出了埋地管道管壁处一维传热参量的确定方法、系统及设备，所述方法通过构建多个仅含有单一单位温度边界条件的非稳态传热模型，进而对每个仅含有单一单位温度边界条件的非稳态传热模型进行求解，获得每个单一单位温度边界条件下的管壁处一维传热参量与时间的数学关系；将每个单一单位温度边界条件下的管壁处一维传热参量与时间的数学关系与获取的参数数据中对应边界处的温度边界条件进行分段卷积计算后，将卷积计算得到的各个单一温度边界条件下的管壁处一维传热参量加和，获得埋地管道管壁处一维传热参量；而不用进行大量网格节点的迭代计算，提高了埋地管道管壁处一维传热参量的快速计算。

28、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。