【学术成果】刘刚教授团队在长距离埋地管道非稳态高效仿真计算方面取得新进展

近期，我院刘刚教授团队提出了长输埋地管道外非稳态温度场的快速计算新方法，为管道非稳态运行工况热力水力仿真计算提供了高效的解决方案。论文Research on Rapid Calculation Method for External Unsteady Temperature Field of Long-Distance Buried Pipelines发表在石油领域顶刊SPE Journal。论文一作为博士研究生骆昕，通讯作者为陈雷教授，ok138cn太阳集团为第一单位。该研究得到了国家重点研发计划课题“机器学习与混合整数规划融合的复杂油气管网优化新算法及工程应用”资助。

图1 论文首页

长距离埋地管道运输过程中，管内介质与管外土壤空间共同组成了三维的非稳态换热系统。对长距离埋地管道的非稳态运行过程仿真计算时，管道本身被视为一维，其外部三维非稳态土壤温度场的计算消耗了绝大部分仿真计算能力。传统解析方法无法表征三维非稳态温度场这一复杂问题，现阶段普遍使用的数值计算方法存在计算速度慢的问题。本研究中提出了一种非稳态温度场的快速计算方法：依托叠加原理、Duhamel原理对非稳态温度场求解模型进行了边界条件的等价拆分，得到温度场求解的基础定解问题，进一步构建了表征基础定解问题的代理模型方法，通过代理模型与原边界条件的叠加计算，实现非稳态温度场的快速求解。

图2 技术路线

新方法相比传统数值计算方法，计算速度显著提升：全域温度场计算速度提升20余倍；聚焦对管道运行有直接影响的近壁区域温度场时，计算速度提升数百倍。同时，该方法保持了极高的计算精度：与商业软件ANSYS对比，全区域内动态温度计算结果的最大偏差不超过0.15℃。

该方法通过对基础定解问题进行代理表征、代理模型与边界条件的叠加计算，构建了适用于任意动态温度边界条件的土壤温度场的计算，避免了传统数值计算方法的反复迭代计算，是实现埋地管道外部导热空间非稳态温度场精准、快速求解的新颖途径，具有重要的工程应用价值。