我国所产原油大部分为高粘度、高含蜡和高凝点的三高原油,其输运过程往往不能用等温输送的方法。目前加热输送是最常用最普遍的方式。热油管道在运行过程中,不可避免地会遇到停输问题,例如自然灾害、油田停电、打孔盗油等情况;加之由于近年来我国东部油区的产量递减、管道老化等问题日益突出,管道停输次数明显增多,严重影响管道的运行安全,如果不进行处理或处理不当,很容易造成凝管事故,因此迫切需要掌握管道在停输期间温降变化以及各参数变化情况。这对确定安全停输时间、提出再启动方案以及制订停输检修计划具有重要的指导作用。本文对热油管道停输后的非稳态传热问题进行了数值求解,并编制了求解微分方程的代码程序,主要开展了以下几方面的工作。(1)建立了原油停输温降的物理模型,该模型忽略了轴向温降的影响,考虑了原油结蜡、物性参数随温度变化等因素,通过质量、动量和能量守恒定律,推导出了热油管道不稳定过程变物性耦合流动的控制方程,建立了空气、管道与原油相互耦合的热力与流动的数学模型。(2)采用了控制容积法,编制了基于二维交错网格流动传热求解程序,压力与速度的耦合采用了SIMPLE算法,最后采用TDMA法求解代数方程组。(3)将计算结果与21个测温点在温降22小时内的实验数据进行了对比分析,得出:停输温降模拟计算结果与实验测量值的平均绝对误差小于0.6℃,模拟计算建立的数学模型基本正确,计算结果比较可靠,能够满足工程需要。通过数值模拟得出了以下结论:(1)在降温过程中,当管内原油温度高于析蜡点时,无论是管心还是管壁处的原油,温降速度最快;当原油温度低于析蜡点时,温降速度最慢;当原油失去流动性后,温降速度又有所上升。(2)由于自然对流,管内会出现温度场重心的“上浮”现象,油温最高点并不处于圆心处,而是处于圆心偏上处。随着温降的进行,管内自然对流逐渐减弱,温度场重心“上浮”现象逐渐减弱并向圆心处偏移。(3)管内温度场,关于竖直方向左右对称,但并不对称于水平方向,这主要是由于自然对流引起的。同一时刻管道周向相同半径处,90°处温度最高,0°处次之,-90°处最低。本文所建立的物理和数学模型,所用到的数值求解方法,为进一步研究热油管道停输后的传热机理提供了参考,求解结果为热油管道的安全、经济、稳定运行提供了技术支持。