[发明专利]一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法

权利要求书

1.一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)获取管体各层材料热参数，依据管体各层材料热参数建立多层输油管道模型，依据管道模型做关于时间t的拉普拉斯变换，得到各层管道在s域内的温度分布；

(2)建立与多层输油管道同等厚度的单层管道在s域内的温度分布；

(3)拟合最优等效参数，在内层任意初始条件下对单层管道最外层的温度进行数值模拟，数值上可以得到等效的温度分布；

(4)依据温度分布模型进行拉普拉斯逆变换，实时地用单层管道进行数值分析，得到多层输油管道内流体温度。

2.根据权利要求1所述的一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法，其特征是：所述的步骤(3)拟合最优等效参数，包括等效热扩散率、热传导系数、热交换系数和有效管径。

3.根据权利要求1所述的一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法，其特征是：所述的步骤(3)拟合最优化参数是当管体各层材料未知时，在实际环境下布置相同材料的尺寸的试验管，基于实验数据获得上述最优化等效参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法，其特征是：所述的步骤(4)实时地用单层管道进行数值分析，得到多层输油管道内流体温度，包括如下步骤：

(1)启动温度数据采集，获得平均温度；

(2)微处理器判断测量的温度为稳态温度或非稳态温度；

(3)如果温度是稳态的，通过稳态公式获得稳定的内层温度；

(4)如果温度是非稳态的,比较测量平均温度与计算理论值在一定时间内的累计差异变化；直到计算值和理论值相等，应用非稳态内外温度算法得到内层温度变化率，拟合内层温度。

5.根据权利要求4所述的一一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法，其特征是：所述的(3)步骤进一步包括在管道热扩散的数学模型下

其中，ρ--石油管道密度，g/cm³,C—石油管道比热容,J/(kg·K)

T—温度,℃

τ—时间，s

r—管道半径,cm

对于内部恒定温度下的热扩散，加载的稳态线性算法如下：

其中，λ--管道导热系数，W/(m·K)

h—管道换热系数，W/(m²·K)

t₂—外壁温度，℃

t₁—管道内部温度，℃

r₂—管道外径，cm

r₁—管道内径，cm。

6.根据权利要求4所述的一种基于微处理器的输油管道内层温度外推监测方法，其特征是：所述的(4)步骤进一步包括非稳态温度预测算法：建立单层等效热扩散模型，利用格林函数求解非稳态温度场的级数解析表达式。对于一维无限长圆柱管体，对应的格林函数G满足：

其中，δ表示Dirac-Delta函数,其余参数设置如4中的稳态参数设置。对于此一维无限长圆柱管体，管道内部直接与石油液体接触，内边界为第一类边界条件；管道外边界在做参数提取实验时曝露在空气中，外边界与空气对流换热，应为第三类边界条件；

利用已知的边界条件，得到输油管道外层的温度场表示如下:

其中

q_n是特征方程的第n个正根

e_n(r)是等效单层管道物理模型的本征函数

H(t)是阶跃函数,p是下标，表示材料属性

上述两个积分都可以用级数解析式表示出来，最终的级数解析式都与内层温度有关，该解析式仅有简单的乘法和累加组成，可加载至单片机上完成计算。