串列布设立管干涉问题流固耦合研究

发布时间：2020-08-24 19:29

【摘要】：立管是油气开发系统中的关键构件,主要用于油气输送。随着石油勘探与开采水深的不断增加,立管与海流的流固耦合问题也表现出越来越强的非线性。目前针对该问题的研究多关注于孤立管的涡激振动问题,然而在海洋石油生产系统中立管的布置比较密集,由孤立管流固耦合分析得到的结论一般不能直接推广到多根立管系统中。本文借助ANSYS MFX多物理场平台,对串列布设双根立管在均匀来流下的干涉问题进行了流固耦合数值模拟,分析了不同间距双根立管在复杂水动力载荷作用下的动力响应与泻涡形态。本文立管模型取自MARINTEK的立管涡激振动实验,是处于亚临界雷诺数来流下的高长径比柔性立管。首先进行结构的湿模态分析获取结构的前五阶固有频率,又对孤立管进行了绕流模拟和流固耦合数值模拟,通过数值分析结果与实验结果的对比验证了本文数值分析方法的正确性；其次又对间距分别为4D、3D的串列布设双管的干涉问题进行了流固耦合数值模拟研究,并将结果与孤立管情形以及绕流情形做出对比,分析了不同中心间距下的立管运动响应、升力阻力变化情况、泻涡形态等。数据分析表明,两管间距为4D时,在上游立管的影响下,下游立管的响应幅值大于上游立管,受力呈现出不稳定状态,出现了尾流诱导振动现象。串列形式对立管顺流向振动的影响比对横流向的影响大,顺流向振动幅值增加显著,振动模态发生了改变。下游立管尾涡形态表现出复杂的三维特性。立管间距减小至3D时,横流向响应趋势同孤立管类似,振幅减小；顺流向响应模态同间距为4D的串列双管类似,但振幅增加。将耦合结果同绕流情形对比时发现考虑耦合的情况下,下游立管的拖曳力系数较绕流情形显著放大,且上下游立管拖曳力系数之间存在相位差。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P756.2

【参考文献】