以水热耦合模型为基础,依据风火山地区的气象资料,用ANSYS软件模拟一年中大气温度变化对浅层冻土的影响,确定格拉管线运行的自然地温环境。结果表明模拟值与实测数据基本吻合,且温度月变化随深度增加而渐趋平缓。继而以7月中旬的自然地温为边界条件,运用Fluent软件模拟0号柴油输送过程中的温降变化。结果表明:温度为11℃的0号汽油流经48 m长的管路,最大温降约为5.5℃,且沿程温降模拟值与轴向温降计算式的计算结果基本相符;以0℃为边界温度,模拟了入口温度为0℃柴油的黏性增温效应,结果显示,流经48 m长的管路,油流的黏性温升约为0.000 8℃。
基于含相变的瞬态温度场控制方程和水分场扩散方程,考虑温度梯度水分扩散率的影响,建立了水热耦合形式下的等效温度场控制方程。根据风火山地区的冻土资料和气象资料,模拟聚氨酯保温层厚度为60 mm的顺序输送成品油管道6—9月对该地区冻土温度场造成的影响。结果表明,当输送90号汽油和-20号柴油且输送时间在50 h以内,经过该地区管段周围冻土的温升为0～0.5℃,运行1个月后最大温升可达0.8℃,运行2个月后最大温升可达1.1℃。根据模拟的管道中心处地温的变化趋势,7月23日—9月7日可输送冷滤点为-1℃的0号柴油。