[发明专利]一种阴极保护浅埋式阳极地床接地电阻数值模拟方法

摘要

本发明是一种阴极保护浅埋式阳极地床接地电阻数值模拟方法，涉及金属材料的一般防蚀和管道系统技术领域。其步骤如下：地床初步设计；实地参数测量；定出若干个初步地床设计方案；针对每个初步设计方案，建立对应的三维几何模型；网格划分和边界设定；求解计算模型，利用欧姆定律，得出阳极地床接地电阻；最后，继续创建一个地床接地电阻变量Rgrounding，用于存储地床接地电阻值，其表达式为Rgrounding＝ΔU/I_total，ΔU为边界条件中设定的阳极地床边界电位与球冠的电位差；这样就得到了该地床设计方案在特定土壤条件下对应的接地电阻值。本发明基于有限元离散算法、具有适用范围广、简单易行、准确度高。

主权项

1.一种阴极保护浅埋式阳极地床接地电阻数值模拟方法，其特征在于其步骤如下：第一步，地床初步设计按照浅埋式阳极地床设计寿命和阳极年消耗率，估算出地床中需要使用的阳极支数和每支阳极的规格；第二步，实地参数测量对阳极地床位置实地勘察，测量阳极地床区域的土壤电阻率平均值；如果想得到更精确的接地电阻，可以测量当地土壤电阻率随深度变化情况：ρ＝ρ(h)；第三步，定出若干个初步地床设计方案根据地床实际许可规模，设计最有可能的几个地床方案；如单组阳极设计方案、两组并排设计方案、还可以在每组中适当增减阳极数目；第四步，针对每个初步设计方案，建立对应的三维几何模型第五步，网格划分和边界设定采用有限元软件自带分网工具或专业的分网工具分网对土壤模型进行网格划分；土壤物质属性设定，根据实际需要，可以设定一个常数土壤电阻率或者给出土壤电阻率随深度变化函数，如ρ＝ρ(h)，不用设定每支阳极的物质属性；模型中边界条件均采用电位边界，每支阳极表面输出电流密度会自动求出：在地床内每支阳极表面边界设定恒定的电位，如10V，在近似无穷远边界的球冠边界上设定为参考电位：0V；第六步，求解计算模型，利用欧姆定律，得出阳极地床接地电阻本方法使用的是ANSYS CFX软件电磁模块求解上述模型，模型收敛精度为10^-5；在后处理器中，积分提取出从阳极地床散流入大地的总电流量，采用欧姆定律计算整个地床的接地电阻，具体步骤为：首先，在后处理器中，利用Tool菜单中的Surface Group功能，定义一个面组Surface Group，命名为anode_surface，包含地床内所有单支阳极的外表面；其次，在Expression函数处理器中，创建一个名为I_total的变量，用来提取从阳极地床中流入大地的总电流量，其表达式为：最后，继续创建一个地床接地电阻变量R_grounding，用于存储地床接地电阻值，其表达式为R_grounding＝ΔU/I_total，ΔU为边界条件中设定的阳极地床边界电位与球冠的电位差；这样就得到了该地床设计方案在特定土壤条件下对应的接地电阻值。其他地床设计方案采用类似的数值模拟过程。