配置浮筒的海洋深水立管涡激振动的研究

发布时间：2020-12-13 11:26

　　立管是海洋油气开发中连接海底井口与海面平台的关键部件，通常处于恶劣的海洋环境条件中，因此在波浪和海流的作用下容易发生涡激振动。随着深海油气开发的不断发展，容易引起立管疲劳破坏的涡激振动更加不可忽略。目前，国内外学者主要采用三维数值方法研究单一海洋立管的涡激振动特性，而对更加符合实际情况的配置浮筒的立管的涡激振动特性的研究还较少见诸于文献当中。本文主要运用数值模拟方法研究了在不同浮筒覆盖率下海洋立管的涡激振动特性。并将数值模拟结果与模型试验结果进行对比，来验证本文中流固耦合模拟配置浮筒海洋立管涡激振动方案的可行性。结果表明，浮筒覆盖率越大，立管RMS响应幅值越大。在不同的浮筒覆盖率的情况下，海洋立管的主要振动响应频率与浮筒所支配的涡旋频率和裸管所支配的涡旋频率有关。由于配置浮筒海洋立管包含多个不同直径的部分，不同直径部分的升力和拖曳力会出现竞争现象，立管在均匀流中可能会出现多个响应频率。在浮筒覆盖率较小的情况下，立管主要响应受直径较小的裸管区域支配，产生高频振动；反之，浮筒覆盖率较大的情况下，立管则主要受直径较大的浮筒区域支配，进行低频运动。同时浮筒覆盖率的变化也明显的影响了立管的涡旋发... 

【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

我国已开发的近海油气田我国南海油气资源储量丰富，据统计，整个南海海域海底的油气资源储量不

配置浮筒的海洋深水立管涡激振动的研究。例如，国外的深海油气资源开发水深可达 2500 水深左右 ，而国内技术达到的水深仅是 300m 的水平；国外可在水深为 3000 的海域进行各种深程项目，但是在国内，可执行海域水深仅为 150m[mm1]。从以上数据看来，的在着不小的差距。因此，我们必须加快步伐，争取在资源争夺战中占据主导。可喜的是，目前，我国已经加大了对深海油气资源开发的投资力度，并且洋工程列入“十二五”规划的重点支持产业。1.2 海洋立管及涡激振动研究的必要性经过长时间的发展，出现多种多样的海洋平台来进行深海油气资源开发，定式平台（FP）、顺应式平台（CT）、TLP 平台、SPAR 平台、SEMI-EPS和 FPSO 等。如图 1-2 所示。

图 1-3 顶张式立管和配置浮筒部分1.2 涡激振动的研究进展由于涡激振动在工程上存在着重要的实际意义，它已成为海洋工程界中最热门研究的问题之一[3][4]。近几年来，随着深水油气资源开发越来越受到重视，对海洋立管的要求也越来越高，为了能够更多的开发深海，各种学术研究不停的在进行中。对海洋立管的涡激振动的研究主要分为数值模拟研究和物理实验研究。1.2.1 海洋立管涡激振动的数值模拟研究目前对于海洋立管涡激振动的数值模拟方法主要包括经验模型、计算流体力学模型和混合模型，如图 1-4 所示：

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟[J]. 姚熊亮,方媛媛,戴绍仕,王领.  水动力学研究与进展A辑. 2007(05)
[2]方柱绕流大涡模拟[J]. 谢志刚,许春晓,崔桂香,王志石.  计算物理. 2007(02)
[3]阶梯状来流中立管的涡激振动响应预报[J]. 潘志远,崔维成,刘应中.  上海交通大学学报. 2006(06)
[4]我国海洋深水油气开发面临的挑战[J]. 李清平.  中国海上油气. 2006(02)
[5]海洋输液立管涡激振动响应及其疲劳寿命研究[J]. 郭海燕,傅强,娄敏.  工程力学. 2005(04)
[6]并列双方柱绕流的大涡模拟及频谱分析[J]. 魏英杰,朱蒙生,何钟怡.  应用数学和力学. 2004(08)

硕士论文
[1]海洋隔水管涡激振动特性的三维数值模拟研究[D]. 王成官.上海交通大学 2011



本文编号：2914473