海洋立管流固耦合动力特性分析
发布时间：2021-08-02 07:05
随着海洋油气开发从浅海向深海转变,海洋立管的安全问题日益突出,极大地制约了深海油气开发工作的进一步发展。处在复杂深海环境中的立管,受到波浪、海流和风等环境载荷的作用。当这些外激励力频率和立管固有频率接近时,立管会发生耦合共振,共振会加剧立管的疲劳破坏,致使立管失效。立管一旦发生损坏,不仅会造成严重的经济损失,还可能由于管道中油气泄露引起其他次生灾难。因此,必须加快对海洋立管动力特性及振动等方面的研究,以便更好的为我国深海油气开发提供技术保障。利用输流管道流固耦合振动的研究方法,对波流联合作用下的海洋立管进行动力特性分析。根据Hamilton能量原理推导出立管耦合振动方程,通过Hermit插值函数法对偏微分方程进行离散,并采用MATLAB软件编制程序求解振动方程,得到立管的自振频率。基于CFD数值模拟技术,对海洋立管流固耦合振动进行了数值模拟。运用ANSYS-CFX分析立管耦合振动的动力特性,得到了立管前六阶模态振型和固有频率。将数值模拟得到的固有频率与理论分析结果进行对比,验证了立管耦合振动模型的正确性。最后研究了管内流体流速、立管管长、管壁容差及连接方式等因素对立管动力特性的影响,并...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
目录
摘要
Abstract
插图索引
附表索引
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 海洋立管涡激振动分析
1.2.2 海洋立管动力响应分析
1.2.3 海洋立管振动特性研究
1.3 论文研究的基本思路及研究内容
1.3.1 论文研究的基本思路及技术路线
1.3.2 论文研究的基本内容
第2章 海洋立管环境载荷及计算
2.1 波浪载荷
2.1.1 波浪要素的选取
2.1.2 波浪理论
2.1.3 波浪力的计算
2.2 海流载荷
2.3 本章小结
第3章 海洋立管流固耦合动力特性理论分析
3.1 海洋立管耦合振动方程的理论基础
3.1.1 振动方程的建立方法
3.1.2 基本假设
3.1.3 海洋立管耦合模型
3.2 海洋立管耦合振动方程建立
3.2.1 立管系统动能
3.2.2 立管系统势能
3.2.3 立管系统非保守力做功
3.2.4 海洋立管流固耦合振动方程
3.3 海洋立管耦合振动方程的离散
3.4 本章小结
第4章 海洋立管流固耦合动力特性数值模拟
4.1 ANSYS-CFX流固耦合数值模拟技术
4.1.1 单向流固耦合分析
4.1.2 双向流固耦合分析
4.2 相关参数的选取与计算
4.2.1 立管基本参数选取
4.2.2 波流参数的计算与选取
4.2.3 内流参数的计算与选取
4.2.4 其他参数的选取
4.3 理论求解
4.4 数值模拟
4.5 对立管固有频率敏感因素分析
4.5.1 管内流速对立管固有频率的影响
4.5.2 立管连接方式对立管固有频率的影响
4.5.3 管壁容差对立管固有频率的影响
4.5.4 立管管长对立管固有频率的影响
4.6 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑浮体升沉及张紧环运动深海立管固有振动特性研究[J]. 邵卫东,唐友刚,樊娟娟,张若瑜. 海洋工程. 2012(02)
[2]考虑温度应力下深海输油立管动力特性及响应研究[J]. 娄敏,孙欣杰,余承龙. 海洋工程. 2012(02)
[3]自由站立式立管总体强度及敏感性参数分析[J]. 康庄,李辉,孙丽萍,沙勇,冯玮. 船舶工程. 2011(05)
[4]海洋平台立管系统的三维动态响应仿真研究[J]. 董鹏,朱克强,秦道武. 港工技术. 2011(04)
[5]A vortex induced vibration of marine riser in waves[J]. LOU Min 1 ,DONG Wenyi 2,GUO Haiyan 3 1 College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum(East China) ,Dongying 257061,China 2 Offshore Oil Engineering(Qingdao) Company Limited,Qingdao 266520,China 3 College of Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266071,China. Acta Oceanologica Sinica. 2011(04)
[6]流固耦合作用下埋地管道的振动分析[J]. 郝婷玥,陈贵清. 四川建筑科学研究. 2011(03)
[7]浅析海洋钻井平台技术的发展方向[J]. 马生居. 企业研究. 2011(04)
[8]螺旋列板——深水立管涡激振动抑制装置[J]. 杨加栋,张晓灵,杜宝银,蒋晓斌,相政乐. 海洋技术. 2010(04)
[9]深水立管两向自由度涡激振动的数值分析[J]. 唐世振,黄维平,刘建军. 振动与冲击. 2010(09)
[10]海洋立管涡激振动的流固耦合模拟计算[J]. 赵鹏良,王嘉松,蒋世全,许亮斌. 海洋技术. 2010(03)
博士论文
[1]顶张力立管动力响应数值模拟及其疲劳寿命预测[D]. 李效民.中国海洋大学 2010
[2]海洋输流立管涡激振动试验研究及数值模拟[D]. 娄敏.中国海洋大学 2007
硕士论文
[1]内波、海流与波浪中深海立管动力特性研究[D]. 蒋武杰.上海交通大学 2012
[2]深水隔水管的振动特性研究[D]. 华玉栋.中国石油大学 2010
[3]波流作用下立管的非线性动力响应分析[D]. 朱为全.中国石油大学 2009
[4]海洋立管风险评价与安全措施研究[D]. 宋青武.天津大学 2009
[5]高温高压条件下海洋立管的动态极值响应研究[D]. 赵丽刚.哈尔滨工程大学 2006
[6]海洋立管在非线性波浪载荷下的极值响应研究[D]. 邓合霞.哈尔滨工程大学 2006
[7]大尺度深水立管非线性振动特性研究[D]. 李凌.天津大学 2004
本文编号：3317126
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
目录
摘要
Abstract
插图索引
附表索引
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 海洋立管涡激振动分析
1.2.2 海洋立管动力响应分析
1.2.3 海洋立管振动特性研究
1.3 论文研究的基本思路及研究内容
1.3.1 论文研究的基本思路及技术路线
1.3.2 论文研究的基本内容
第2章 海洋立管环境载荷及计算
2.1 波浪载荷
2.1.1 波浪要素的选取
2.1.2 波浪理论
2.1.3 波浪力的计算
2.2 海流载荷
2.3 本章小结
第3章 海洋立管流固耦合动力特性理论分析
3.1 海洋立管耦合振动方程的理论基础
3.1.1 振动方程的建立方法
3.1.2 基本假设
3.1.3 海洋立管耦合模型
3.2 海洋立管耦合振动方程建立
3.2.1 立管系统动能
3.2.2 立管系统势能
3.2.3 立管系统非保守力做功
3.2.4 海洋立管流固耦合振动方程
3.3 海洋立管耦合振动方程的离散
3.4 本章小结
第4章 海洋立管流固耦合动力特性数值模拟
4.1 ANSYS-CFX流固耦合数值模拟技术
4.1.1 单向流固耦合分析
4.1.2 双向流固耦合分析
4.2 相关参数的选取与计算
4.2.1 立管基本参数选取
4.2.2 波流参数的计算与选取
4.2.3 内流参数的计算与选取
4.2.4 其他参数的选取
4.3 理论求解
4.4 数值模拟
4.5 对立管固有频率敏感因素分析
4.5.1 管内流速对立管固有频率的影响
4.5.2 立管连接方式对立管固有频率的影响
4.5.3 管壁容差对立管固有频率的影响
4.5.4 立管管长对立管固有频率的影响
4.6 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑浮体升沉及张紧环运动深海立管固有振动特性研究[J]. 邵卫东,唐友刚,樊娟娟,张若瑜. 海洋工程. 2012(02)
[2]考虑温度应力下深海输油立管动力特性及响应研究[J]. 娄敏,孙欣杰,余承龙. 海洋工程. 2012(02)
[3]自由站立式立管总体强度及敏感性参数分析[J]. 康庄,李辉,孙丽萍,沙勇,冯玮. 船舶工程. 2011(05)
[4]海洋平台立管系统的三维动态响应仿真研究[J]. 董鹏,朱克强,秦道武. 港工技术. 2011(04)
[5]A vortex induced vibration of marine riser in waves[J]. LOU Min 1 ,DONG Wenyi 2,GUO Haiyan 3 1 College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum(East China) ,Dongying 257061,China 2 Offshore Oil Engineering(Qingdao) Company Limited,Qingdao 266520,China 3 College of Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266071,China. Acta Oceanologica Sinica. 2011(04)
[6]流固耦合作用下埋地管道的振动分析[J]. 郝婷玥,陈贵清. 四川建筑科学研究. 2011(03)
[7]浅析海洋钻井平台技术的发展方向[J]. 马生居. 企业研究. 2011(04)
[8]螺旋列板——深水立管涡激振动抑制装置[J]. 杨加栋,张晓灵,杜宝银,蒋晓斌,相政乐. 海洋技术. 2010(04)
[9]深水立管两向自由度涡激振动的数值分析[J]. 唐世振,黄维平,刘建军. 振动与冲击. 2010(09)
[10]海洋立管涡激振动的流固耦合模拟计算[J]. 赵鹏良,王嘉松,蒋世全,许亮斌. 海洋技术. 2010(03)
博士论文
[1]顶张力立管动力响应数值模拟及其疲劳寿命预测[D]. 李效民.中国海洋大学 2010
[2]海洋输流立管涡激振动试验研究及数值模拟[D]. 娄敏.中国海洋大学 2007
硕士论文
[1]内波、海流与波浪中深海立管动力特性研究[D]. 蒋武杰.上海交通大学 2012
[2]深水隔水管的振动特性研究[D]. 华玉栋.中国石油大学 2010
[3]波流作用下立管的非线性动力响应分析[D]. 朱为全.中国石油大学 2009
[4]海洋立管风险评价与安全措施研究[D]. 宋青武.天津大学 2009
[5]高温高压条件下海洋立管的动态极值响应研究[D]. 赵丽刚.哈尔滨工程大学 2006
[6]海洋立管在非线性波浪载荷下的极值响应研究[D]. 邓合霞.哈尔滨工程大学 2006
[7]大尺度深水立管非线性振动特性研究[D]. 李凌.天津大学 2004
本文编号：3317126
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/3317126.html
