本发明涉及埋地管道外部导热空间温度场确定，尤其涉及埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定方法及系统。
背景技术：
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
2、管道是流体介质运输的主要方式之一，常埋地敷设。对于加热原油管道、供热管道等，其内部介质与外部导热空间存在温差，管道内外不可避免存在热交换。由于管内介质温度、流速以及外部环境温度变化，使得埋地管道外部导热空间温度场多处于非稳态，温度场也进一步影响管道内外的热交换。因此，准确表征管外导热空间非稳态温度场，对埋地管道热力特性计算具有重要价值。
3、目前针对埋地管道外部导热空间非稳态温度场的计算，主要采用数值计算的方法，以不同里程位置处的管道截面空间为对象，对管道周围特定环境区域进行域内网格划分，并根据计算区域的动态边界条件进行迭代计算。此类迭代过程所需计算时间较长，难以适用于长距离工业管道。
技术实现思路
1、本发明为了解决上述问题，提出了埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定方法及系统，实现了对埋地管道外部导热空间非稳态温度场的快速计算。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、第一方面，提出了埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定方法，包括：
4、获取管道外径、管道埋深、管道外部导热空间的固体材料物性参数及各非齐次依时性温度边界条件；
5、根据管道外径、管道埋深、管道外部导热空间的固体材料物性参数及各非齐次依时性温度边界条件，构建管外导热空间非稳态温度场数学模型；
6、将管外导热空间非稳态温度场数学模型进行空间分解，获得含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型；
7、将含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型进行时间分解，获得含有单一非齐次单位温度边界条件的非稳态温度场数学模型，将该模型作为求解非稳态温度场的基础定解问题；
8、对基础定解问题进行求解，获得基础定解问题的解；
9、利用含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型中的边界条件，将基础定解问题的解进行时间叠加，计算获得单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解；
10、将各单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解进行空间叠加，计算获得埋地管道外部导热空间非稳态温度场的解。
11、进一步的，利用叠加原理，将管外导热空间非稳态温度场数学模型进行空间分解，获得含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型。
12、进一步的，利用duhamel原理，将含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型进行时间分解，获得含有单一非齐次单位温度边界条件的非稳态温度场数学模型。
13、进一步的，获取多种工况的管道外径、管道埋深、管道外部导热空间的固体材料物性参数及各非齐次依时性温度边界条件；
14、确定各工况的基础定解问题；对各工况的基础定解问题进行无量纲化处理，获得各工况的无量纲基础定解问题，通过数值计算，求解获得各工况的无量纲基础定解问题的数值解；
15、对各工况的无量纲基础定解问题的数值解，进行数据封装，作为相应工况的代理解，形成温度数据库；通过不同工况下的管道埋深与管道半径的比值区分数据库中的各代理解；
16、当计算某工况的埋地管道外部导热空间非稳态温度场时，从温度数据库中调取该工况对应的代理解，利用该工况的管道外径和管道外部导热空间的固体材料物性参数，将该工况的代理解转换为该工况的基础定解问题的解；根据该工况的管道外部导热空间的各非齐次依时性温度边界条件，将该工况的基础定解问题的解在时间和空间上进行叠加，获得该工况的埋地管道外部导热空间非稳态温度场的解。
17、进一步的，根据工况的管道埋深与管道半径的比值，从温度数据库中调取工况对应的代理解。
18、进一步的，利用duhamel原理，将基础定解问题的解在时间上进行叠加，即将基础定解问题的解与待求非稳态温度场中相应的非齐次依时性温度边界条件进行卷积计算，获得单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解；
19、利用叠加原理，将各个单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解在空间上进行叠加，即将各个单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解进行加和计算，获得埋地管道外部导热空间非稳态温度场的解。
20、第二方面，提出了埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定系统，包括：
21、获取单元，用于获取管道外径、管道埋深、管道外部导热空间的固体材料物性参数及各非齐次依时性温度边界条件；
22、处理单元，用于根据管道外径、管道埋深、管道外部导热空间的固体材料物性参数及各非齐次依时性温度边界条件，构建管外导热空间非稳态温度场数学模型；将管外导热空间非稳态温度场数学模型进行空间分解，获得含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型；将含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型进行时间分解，获得含有单一非齐次单位温度边界条件的非稳态温度场数学模型，将该模型作为求解非稳态温度场的基础定解问题；对基础定解问题进行求解，获得基础定解问题的解；利用含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型中的边界条件，将基础定解问题的解进行时间叠加，计算获得单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解；将各单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解进行空间叠加，计算获得埋地管道外部导热空间非稳态温度场的解。
23、进一步的，处理单元，用于利用叠加原理，将管外导热空间非稳态温度场数学模型进行空间分解，获得含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型；利用duhamel原理，将含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型进行时间分解，获得含有单一非齐次单位温度边界条件的非稳态温度场数学模型。
24、进一步的，获取单元，用于获取多种工况的管道外径、管道埋深、管道外部导热空间的固体材料物性参数及各非齐次依时性温度边界条件；
25、处理单元，用于确定各工况的基础定解问题；对各工况的基础定解问题进行无量纲化处理，获得各工况的无量纲基础定解问题，通过数值计算，求解获得各工况的无量纲基础定解问题的数值解；对各工况的无量纲基础定解问题的数值解，进行数据封装，作为相应工况的代理解，形成温度数据库；通过不同工况下的管道埋深与管道半径的比值区分数据库中的各代理解；当计算某工况的埋地管道外部导热空间非稳态温度场时，从温度数据库中调取该工况对应的代理解，利用该工况的管道外径和管道外部导热空间的固体材料物性参数，将该工况的代理解转换为与该工况的基础定解问题的解；根据该工况的管道外部导热空间的各非齐次依时性温度边界条件，将该工况的基础定解问题的解在时间和空间上进行叠加，获得该工况的埋地管道外部导热空间非稳态温度场的解。
26、进一步的，处理单元，用于利用duhamel原理，将基础定解问题的解在时间上进行叠加，即将基础定解问题的解与待求非稳态温度场中相应的非齐次依时性温度边界条件进行卷积计算，获得单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解；利用叠加原理，将各个单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解在空间上进行叠加，即将各个单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解进行加和计算，获得埋地管道外部导热空间非稳态温度场的解。
27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
28、1、本发明依托叠加原理和duhamel原理实现管外导热空间非稳态温度场数学模型的空间拆分和时间拆分，获得含有单一非齐次单位温度边界条件的求解非稳态温度场的基础定解问题，对该基础定解问题进行求解，获得基础定解问题的解；之后，将基础定解问题的解在时间和空间上进行叠加，获得埋地管道外部导热空间非稳态温度场，而无需迭代求解，提高了埋地管道外部导热空间非稳态温度场的计算速度，实现了埋地管道外部导热空间非稳态温度场的快速计算。
29、2、本发明还获取了多种实际工况下的管道外径、管道埋深，确立一系列管径、埋深值的基础定解问题，进一步对基础定解问题进行无量纲化处理，通过数值计算，获得一系列不同埋深与管径比值的无量纲基础定解问题的数值解，按照管道埋深与管道半径的比值，对该数值解进行数据封装，作为代理解，形成温度数据库。后续计算任意工况的埋地管道外部导热空间非稳态温度场时，通过实际工况的管道埋深与管道半径的比值调用数据库中与该工况所对应的代理解，根据实际工况的管道外径、管道外部导热空间的固体材料物性参数以及各非齐次依时性温度边界条件对代理解的转换和叠加计算，获得工况最终的埋地管道外部导热空间非稳态温度场。该方法能够适应管道的不同埋深、不同管径以及周围环境的不同热物性参数的外部导热空间温度场的确定。
30、3、本发明依托叠加原理和duhamel原理实现管外导热空间非稳态温度场数学模型的空间拆分和时间拆分，并通过基础定解问题的解的叠加计算得到各种边界条件影响下的复杂热传导问题的非稳态温度场，同样适用于各种敷设方式的管道，不论管道外是否含有保温层、管道为单管敷设或者多管并行敷设等。
31、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
1.埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定方法，其特征在于，利用叠加原理，将管外导热空间非稳态温度场数学模型进行空间分解，获得含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型。
3.如权利要求1所述的埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定方法，其特征在于，利用duhamel原理，将含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型进行时间分解，获得含有单一非齐次单位温度边界条件的非稳态温度场数学模型。
4.如权利要求1所述的埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定方法，其特征在于，获取多种工况的管道外径、管道埋深、管道外部导热空间的固体材料物性参数及各非齐次依时性温度边界条件；
5.如权利要求4所述的埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定方法，其特征在于，根据工况的管道埋深与管道半径的比值，从温度数据库中调取工况对应的代理解。
6.如权利要求4所述的埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定方法，其特征在于，利用duhamel原理，将基础定解问题的解在时间上进行叠加，即将基础定解问题的解与待求非稳态温度场中相应的非齐次依时性温度边界条件进行卷积计算，获得单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解；
7.埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定系统，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述的埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定系统，其特征在于，处理单元，用于利用叠加原理，将管外导热空间非稳态温度场数学模型进行空间分解，获得含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型；利用duhamel原理，将含有单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场数学模型进行时间分解，获得含有单一非齐次单位温度边界条件的非稳态温度场数学模型。
9.如权利要求7所述的埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定系统，其特征在于，获取单元，用于获取多种工况的管道外径、管道埋深、管道外部导热空间的固体材料物性参数及各非齐次依时性温度边界条件；
10.如权利要求9所述的埋地管道外部导热空间非稳态温度场确定系统，其特征在于，处理单元，用于利用duhamel原理，将基础定解问题的解在时间上进行叠加，即将基础定解问题的解与待求非稳态温度场中相应的非齐次依时性温度边界条件进行卷积计算，获得单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解；利用叠加原理，将各个单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解在空间上进行叠加，即将各个单一非齐次依时性温度边界条件的非稳态温度场的解进行加和计算，获得埋地管道外部导热空间非稳态温度场的解。
