Моделирование динамики температурного поля грунтов вокруг магистральных газопроводов в криолитозоне

• Main Authors: Fedotov, A.A., Khrapov, P.V., Tarasyuk, Yu. V.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: International Journal of Open Information Technologies 2020
• Subjects: permafrost
• Online Access: http://injoit.org/index.php/j1/article/view/894

Рассмотрена начально-краевая задача для нестационарного двумерного уравнения теплопроводности в ограниченной области, моделирующая нестационарное распределение температуры грунта в окрестности магистрального газопровода в криолитозоне. Параметры математической модели подобраны в соответствии с экспериментальными данными по транспортировке газа в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Моделирование температурного поля проводится в течение 30 лет с момента начала эксплуатации газовой трубы. Задача решена численно методом конечных элементов с параметрами счета, подобранными в результате методических расчетов. Расчеты начинаются с 1 января первого года эксплуатации газопровода. Для анализа температурного поля вблизи трубы в определенные моменты времени построены графики зависимости температуры вдоль горизонтальной оси на расстоянии 10 см от верхней точки трубы и 10 см от нижней точки трубы. На расстоянии 10 см от крайне правой точки трубы построены зависимости температуры по глубине вдоль вертикальной оси. В качестве моментов времени выбраны моменты, характерные для температурного поля грунта в летние периоды эксплуатации трубы: середины 1-ого, 5-ого, 10-ого, 15-ого, 20-ого и 30-ого годов наблюдения. Показано, что эксплуатация трубы с выбранными параметрами не приводит к появлению в многолетнемерзлом грунте вокруг трубы областей с положительной температурой. Установившийся температурный режим обеспечивает безаварийную эксплуатацию магистрального газопровода. The initial-boundary-value problem for the non-stationary two-dimensional heat conduction equation in a limited region, modeling the unsteady distribution of soil temperature in the vicinity of the main gas pipeline in the permafrost zone, is considered. The parameters of the mathematical model are selected in accordance with experimental data on the transportation of gas in areas of permafrost distribution. Modeling of the temperature field is carried out for 30 years from the start of operation of the gas pipe. The problem is solved numerically by the finite element method with counting parameters selected as a result of methodological calculations. Settlements begin on January 1 of the first year of operation of the gas pipeline. To analyze the temperature field near the pipe at certain points in time, we plotted the temperature dependence along the horizontal axis at a distance of 10 cm from the top of the pipe and 10 cm from the bottom of the pipe. At a distance of 10 cm from the far right point of the pipe, temperature dependences are plotted in depth along the vertical axis. As moments of time, moments are selected that are characteristic of the temperature field of the soil during the summer periods of pipe operation: the middle of the 1st, 5th, 10th, 15th, 20th, and 30th years of observation. It is shown that the operation of the pipe with the selected parameters does not lead to the appearance of areas with a positive temperature in the permafrost soil around the pipe. The established temperature regime ensures trouble-free operation of the main gas pipeline.