Modeling of Oil Product and Gas Pipeline Transportation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Lurie, Mikhail V.

出品人:

页数:234

译者:Sinaiski, Emmanuil

出版时间:2008-12

价格:1621.00 元

装帧:

isbn号码:9783527408337

丛书系列:

图书标签:

• 石油管道
• 石油产品
• 天然气管道
• 输送建模
• 管道工程
• 流体输送
• 数学建模
• 优化
• 仿真
• 工程应用
• 能源

《油气管道输运模型研究》 前言 在全球能源需求持续增长的背景下，油气管道作为一种高效、安全、环保的能源输送方式，其重要性日益凸显。无论是深海下的复杂环境，还是陆地上广阔多变的区域，管道的稳定运行都直接关系到国家能源安全和经济命脉。然而，油气管道的建设和运营并非易事，其面临着诸多挑战，包括复杂的地质条件、极端的气候变化、腐蚀与磨损的威胁、以及不可避免的运行波动和潜在风险。为了应对这些挑战，最大限度地提高管道系统的效率、可靠性和安全性，深入理解并精确模拟油气在管道内的流动行为，以及管道结构在各种载荷下的响应，已成为现代油气工程领域的核心课题。 本书《油气管道输运模型研究》正是基于这一深刻认识而撰写的。它旨在为读者提供一套全面、系统、深入的理论框架和实践指导，以期在油气管道的设计、建造、监测、维护和优化等各个环节，提供科学的决策依据和有效的技术支撑。本书并非仅限于对现有方法的简单罗列，而是力求从基础理论出发，结合先进的计算方法和工程实践，展现油气管道输运模型研究的最新进展和发展趋势。 第一章：油气管道输运基础理论 本章将为读者打下坚实的理论基础，为后续更深入的模型研究奠定基石。我们将从流体力学基本原理出发，详细阐述油气在管道内流动的多相特性。 流体力学基本定律 revisited： 重点回顾并深化理解连续性方程、动量守恒方程（Navier-Stokes方程）、能量守恒方程等在管道流动问题中的应用。我们将探讨这些方程的推导过程及其在不同流态下的简化形式，例如层流和湍流模型。 油气多相流动的复杂性： 油气在管道中的输运往往涉及气、液（原油、成品油）、水、气泡、液滴、气团等多种相态的混合。本节将深入分析不同相态的物理化学性质，以及它们在流动过程中相互作用的复杂性。我们将讨论不同流型（如气泡流、夹环流、弹状流、环状流等）的形成机制、判别准则，以及它们对流动阻力、传热传质过程的影响。 相变与热力学性质： 油气在长距离输送过程中，温度和压力的变化会引起相变，如气体的冷凝、液体的汽化等。我们将详细介绍油气的热力学性质，如密度、黏度、比热容、导热系数等随温度和压力的变化规律，并阐述相变对管道输运性能的影响。 流动机理与传热传质： 管道内的流动并非简单的均匀流动，还伴随着复杂的传热传质过程。本节将深入探讨流体的剪切应力、边界层效应、湍流扩散等机理，并分析这些机理对管道内能量和物质传递的影响。 第二章：油气管道流动阻力模型 流动阻力是影响油气管道输运效率和能耗的关键因素。精确的阻力模型能够帮助工程师优化管道设计，降低运行成本。 层流与湍流模型： 基于雷诺数，我们将区分层流和湍流两种主要的流动状态，并分别介绍适用于这两种状态的阻力计算模型。例如，Poiseuille定律对于层流的精确描述，以及Darcy-Weisbach方程在湍流计算中的应用。 摩擦系数的确定： 摩擦系数是计算阻力的重要参数，其准确性直接影响计算结果。本节将详细介绍各种摩擦系数计算方法，包括经验公式（如Colebrook-White方程）、半经验公式以及基于CFD（计算流体动力学）方法的数值求解。我们将讨论管道内壁粗糙度、流体性质以及流态对摩擦系数的影响。 多相流流动阻力模型： 针对油气多相流，传统的单相模型已无法满足需求。本章将重点介绍适用于不同流型和不同相组态的多相流阻力模型，例如基于能量平衡的Holdup模型、基于压降权重的模型，以及近年来发展的更精细的混合模型。我们将深入分析各模型在不同工况下的适用性和局限性。 附加阻力因素： 除了流体本身的流动阻力，管道内部的结垢、腐蚀、沉积物以及外部的地形起伏、阀门、弯头等结构件都会产生附加阻力。本节将分析这些因素对总阻力的影响，并介绍相应的估算方法。 第三章：油气管道输运过程模拟 随着计算能力的提升，数值模拟已成为油气管道输运研究的重要工具。本章将介绍常用的模拟方法和技术。 一维（1D）模拟模型： 介绍基于集总参数或微分方程组的1D模拟方法，其优点在于计算效率高，适用于大规模、长距离管道系统的实时监测和操作优化。我们将详细讲解 Lumped Parameter Model 和 Distributed Parameter Model 的构建原理。 多维（2D/3D）CFD模拟： 阐述计算流体动力学（CFD）在油气管道输运模拟中的应用。CFD能够提供更精细的流动细节，如速度分布、压力梯度、相界面变化等，对于理解复杂流动现象、优化局部设计至关重要。我们将介绍常用的CFD软件及其在油气管道模拟中的案例。 多相流CFD模拟技术： 重点介绍针对油气多相流的CFD模拟方法，包括Volume of Fluid (VOF)、Mixture Model、Eulerian-Eulerian Model 等。我们将分析不同方法的优缺点及其在模拟不同流型时的适用性。 数值离散化与求解算法： 简要介绍有限差分法、有限体积法、有限元法等数值离散化技术，以及隐式、显式求解算法在管道流动模拟中的应用。 模型验证与标定： 强调模型预测结果的准确性至关重要。本节将讨论如何通过实验数据、现场监测数据对模拟模型进行验证和标定，以确保模型的可靠性。 第四章：油气管道热力学过程模拟 油气在管道中的输送伴随着热量的交换，尤其是在长距离管道和低温输送的情况下，温度变化对流体性质、管道材料以及输运效率都有显著影响。 能量守恒方程在管道中的应用： 详细推导并分析管道内流体和管道壁的能量守恒方程，考虑传导、对流、辐射等传热机制。 热交换模型： 介绍管道与周围环境（土壤、水体、空气）的热交换模型，包括传导、对流以及考虑日照、雨水等环境因素的影响。 相变对传热的影响： 深入分析气液两相流中的相变（如冷凝、汽化）对整体传热过程的影响，并介绍相应的相变模型。 温度分布与压力变化耦合： 阐述温度变化与压力变化之间的耦合关系，以及这种耦合对流体性质（如黏度、密度）和流动阻力的影响。 低温输送的热力学挑战： 重点关注液化天然气（LNG）等低温流体在管道输送过程中面临的热力学挑战，如气化、绝热性能等。 第五章：油气管道结构力学模型 管道不仅仅是流体的通道，它本身也是承受内外载荷的结构。结构力学模型是评估管道安全性和完整性的重要工具。 管道应力分析： 介绍分析管道承受内部压力、外部载荷（如土壤压力、温度应力、地震载荷）以及运行过程中产生的应力的理论和方法。 薄壁圆筒理论与有限元分析（FEA）： 从薄壁圆筒理论出发，引申到更为通用的有限元分析方法，用于模拟管道在复杂载荷下的变形和应力分布。 腐蚀与磨损对管道强度的影响： 分析管道内外部的腐蚀和磨损过程，以及它们如何削弱管道的壁厚和结构强度。介绍评估腐蚀厚度损失和剩余强度的模型。 屈曲与失稳分析： 探讨管道在外部压力或轴向力作用下可能发生的屈曲失稳问题，以及如何通过模型预测和防止。 疲劳分析： 介绍管道在长期运行过程中，由于压力波动、温度变化等引起的循环载荷，可能导致的疲劳损伤和寿命预测。 第六章：油气管道监测与诊断模型 实时监测和准确诊断是保障油气管道安全运行的关键。本章将介绍相关的模型和技术。 压力、流量、温度监测模型： 介绍如何利用传感器采集的实时数据，构建模型来评估管道的运行状态，检测异常波动。 泄漏检测模型： 探讨基于物质平衡、压力瞬变、声学信号等原理的泄漏检测模型，以及各种模型的优缺点和适用场景。 腐蚀与完整性评估模型： 介绍基于检测数据（如超声波、X射线、电磁检测）的腐蚀评估模型，以及如何结合结构力学模型来评估管道的剩余寿命和完整性。 机器学习与人工智能在监测诊断中的应用： 探讨如何利用机器学习和人工智能技术，从海量监测数据中提取模式，实现对管道异常的早期预警和精准诊断。 故障诊断与根源分析： 介绍如何利用各种模型和数据分析方法，对已发生的故障进行诊断，并追溯其根本原因。 第七章：油气管道优化与风险管理模型 在保证安全可靠的前提下，如何提高管道系统的运行效率，降低成本，并有效管理潜在风险，是工程师关注的重点。 输运效率优化模型： 介绍如何通过调整运行参数（如流量、压力、泵速）、优化管网配置等方式，提高油气管道的输运效率，降低能耗。 经济性分析模型： 结合流动模型、热力学模型和结构力学模型，进行管道全生命周期的经济性评估，包括建设成本、运行成本、维护成本等。 风险评估模型： 建立一套系统的风险评估框架，识别管道运行中可能存在的各种风险（如泄漏、爆炸、环境污染），并量化其发生概率和后果。 可靠性工程与安全性分析： 引入可靠性工程的理论和方法，对管道系统的可靠性进行定量分析，并根据风险评估结果，制定相应的安全保障措施。 应急响应与预案模型： 针对可能发生的事故，建立有效的应急响应模型和预案，以最大程度地减少事故损失。 结论与展望 本书系统地介绍了油气管道输运模型研究的各个方面，从基础理论到先进模拟技术，再到监测诊断与风险管理。我们期望本书能够为油气工程领域的学生、研究人员、工程师以及决策者提供有价值的参考。 未来，油气管道输运模型研究将继续朝着更加精细化、智能化、集成化的方向发展。例如，多物理场耦合模型（流体-结构-热-化学耦合）、实时在线模型、基于大数据和人工智能的预测模型等将发挥越来越重要的作用。同时，随着新能源的兴起，如氢气、二氧化碳等介质在管道输运中的应用也将带来新的挑战和研究机遇。本书的研究成果和提出的模型，将为应对这些未来挑战提供坚实的基础。

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