地下输油管道泄漏过程多相流动及热质耦合传递特性研究

The migration rules of underground pipeline leakage crude oil in the soil are the study basis of the crude oil processing, pipeline leakage testing process and so on,while the coupling heat transfer characteristics are scientific basis of describing its migration rule. The project uses the method of combining experiment with numerical simulation, which realizes coupling transfer characteristics of leakage crude oil heat and mass based on the mechanism, quantitatively analysis on the effect mechanism of its migration rule basic on coupling characteristics of heat and mass.To explore and reveal the influence mechanism and rule of crude oil migration basic on multiphase flow mechanism and coupling transfer characteristics of heat and mass.The research contents mainly include: (1) research of crude oil multiphase flow and coupling transfer characteristics of heat and mass;(2) influences analysis on coupling characteristics of crude oil heat and mass basic on frozen soil environment in cold region;(3) experimental research of crude oil multiphase flow and coupling transfer characteristics of heat and mass;(4)The frozen soil is carried out scale exploration for skeleton effect and macro heat and mass transfer of crude oil. It is valuable to realize the crude oil transfer characteristics and influence factors, and to master the influence mechanism of migration. This project belongs to application foundation study, which has important application background and development needs on crude oil pollution repair in the soil and other environmental engineering technology, and some fields such as the underground pipeline leak detection, etc.

地下输油管道泄漏原油在土壤中的迁移规律是研究其原油处理、管道泄漏检测等过程的基础，而热质耦合传递特性是描述其迁移规律的科学基础。本项目采用实验研究与数值模拟相结合的方法，从机理上认识泄漏原油热质耦合传递特性，定量分析热质耦合特性对其迁移规律的影响机制，探索与揭示多相流动机理及热质耦合传递特性对原油迁移的影响机制与规律。研究内容主要包括：（1）原油多相流动与热质耦合传递特性模型研究；（2）严寒地区环境冻土对原油热质耦合特性的影响分析；（3）原油多相流动与热质耦合传递特性实验研究；（4）进行冻土的骨架效应和原油宏观传热传质的尺度探索。通过本项目研究，认识原油传递特性及影响因素，掌握其及对迁移的影响机理。该项目属于应用基础研究，在土壤中原油污染修复等环境工程技术及地下输油管道泄漏检测等领域有重要的应用背景和发展需求。

由于缺陷、腐蚀、磨损等不可避免因素，地下输油管道泄漏事故时常发生，其泄漏物含有毒物质，对泄漏场地环境造成污染。泄漏物在土壤中迁移机理涉及传热学、渗流力学、传热传质学等理论，是污染土壤修复和地下输油管道泄漏检测技术的基础。因此，开展管道泄漏冲击环境下泄漏原油热质耦合传递特性及其迁移规律的影响机制与效应研究，对于丰富和发展现有理论，促进原油污染修复及泄漏检测具有重要意义。本课题主要开展了原油多相流动与热质耦合传递特性模型与求解方法、严寒地区环境冻土对泄漏原油热质耦合特性的影响分析、地下输油管道泄漏原油多相流动与热质耦合传递特性实验等研究内容。经过4年的攻关研究，课题取得了一些创新成果，包括：1.利用随机生长四参数生成法随机构造土壤多孔介质，利用格子Boltzmann方法得到油水在土壤多孔介质中的阻力系数。2. 建立埋地输油管道泄漏时物理模型和数学模型，确定其初始条件和边界条件，利用用户自定义函数UDF和FLUENT软件相结合的方法，对埋地输油管道多相流泄漏过程进行数值模拟，讨论了埋地输油管道在单/多相流、原油相变和原油物性影响情况下，泄漏对大地温度场、地表温度、土壤多孔介质油水相分布以及多点泄漏过程的相互影响。3. 搭建了多孔介质可视化迁移规律实验装置，进行了不同粒径下污染物扩散迁移实验，比较了粒径、温度和流体种类对其扩散的影响；利用地下输油管道泄漏污染物迁移实验平台分析了流体种类、泄漏量以及多孔介质条件对污染物迁移及残留影响，比较了孔隙率、温度和流体种类对其扩散的影响，得到了污染物迁移规律。本研究对提高原油污染物在土壤中传热传质机理认识，促进传热传质学与渗流力学、多相流学的交叉融合具有一定的促进作用，研究成果可为进一步研究和开发高效原油污染土壤修复技术及输油管道泄漏检测技术提供理论依据。