近壁面圆柱绕流和涡激振动的三维数值模拟
发布时间：2021-06-14 06:41
海底管道是现代海上采油系统的重要组成部分。由于管道的存在,周围海床发生局部冲刷,导致海底管线出现悬跨段,在水流作用下管道发生涡激振动,容易引发管体的疲劳破坏。海底管道一旦失效渗漏,不仅会造成油气损失,影响海上油田的正常生产,还会污染周边环境,造成严重的生态破坏。海底管线工作环境恶劣,造价高昂,而损管修复技术难度大,维修成本高,时间代价大。尽管在海底管线的设计和铺装中往往留有较大的安全冗余,但终究治标不治本。当前国内外对于近壁面条件下管道的应力应变以及周围流场特性开展了大量的研究工作,但采用三维数值模拟方法进行的分析研究相对较少。为了深入探寻海底管道悬跨段流固耦合作用的内在规律,本课题将海底管道和海床面抽象为光滑圆柱和固定平面,采用基于浸入边界法的的高效能三维紊流并行计算程序——CgLESIBM分别从圆柱绕流和涡激振动两个方面,建立固定刚性圆柱和两端简支的弹性圆柱三维模型,模拟不同间隙比和边界层厚度条件下,壁面-圆柱-流场相互作用机理。设置圆柱质量比为6,长细比为25,雷诺数为350。边界层厚度设置为0、0.7D和1.6D,间隙比设置为0.2、0.6和1.0,分别对...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
浸入边界点表示的管道薄壁结构
第 3 章 数值模拟方法足每个笛卡尔网格里至少有一个浸入边界点(IBP)，使浸入边界点在展向卡尔网格对应，共布置 256 层或 384 层浸入边界点，每层再细分为 6 个每个亚层布置 202 个浸入边界点。
29图 3-5 无边界层和薄边界层工况网格设置示意图根据 CFL 条件数来判断计算的稳定性，本文要求CFL U t / x 1，由格尺寸可计算最大时间步长，故本文在计算中将计算时间步取为 t 0.008
【参考文献】：
期刊论文
[1]Behavior of Vortex-Induced Vibration of A Circular Cylinder Near A Deformable Wall with Two Degrees of Freedom in Steady Flow[J]. 杨兵,马建林,崔金声,徐万海. China Ocean Engineering. 2011(04)
[2]Experimental investigation of vortex-induced vibrations of long free spans near seabed[J]. LI XiaoChao, WANG YongXue, LI GuangWei, JIANG MeiRong & HE Xu State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Science China（Technological Sciences）. 2011(03)
[3]海底悬跨管线涡激振动实验方法探讨[J]. 李小超,王永学,李广伟. 实验力学. 2010(04)
[4]Experi mental Study on Vortex-Induced Vibrations of Submarine Pipeline near Seabed Boundary in Ocean Currents[J]. 杨兵,高福平,吴应湘,李东晖. China Ocean Engineering. 2006(01)
[5]海底输液管道内流、轴向力和压强对允许悬空长度的影响[J]. 娄敏,郭海燕,杨新华,傅强. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2006(02)
[6]The Effect of Internal Fluid on the Response of Vortex-Induced Vibration of Marine Risers[J]. 郭海燕,王元斌,傅强. China Ocean Engineering. 2004(01)
博士论文
[1]粉砂质海床对管跨涡激振动响应的研究[D]. 蒲进菁.中国海洋大学 2012
[2]海底管线悬跨段涡激振动响应的实验研究与数值预报[D]. 李小超.大连理工大学 2011
[3]海底管道—流体—海床相互作用机理和监测技术研究[D]. 吴钰骅.浙江大学 2007
本文编号：3229279
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
浸入边界点表示的管道薄壁结构
第 3 章 数值模拟方法足每个笛卡尔网格里至少有一个浸入边界点(IBP)，使浸入边界点在展向卡尔网格对应，共布置 256 层或 384 层浸入边界点，每层再细分为 6 个每个亚层布置 202 个浸入边界点。
29图 3-5 无边界层和薄边界层工况网格设置示意图根据 CFL 条件数来判断计算的稳定性，本文要求CFL U t / x 1，由格尺寸可计算最大时间步长，故本文在计算中将计算时间步取为 t 0.008
【参考文献】：
期刊论文
[1]Behavior of Vortex-Induced Vibration of A Circular Cylinder Near A Deformable Wall with Two Degrees of Freedom in Steady Flow[J]. 杨兵,马建林,崔金声,徐万海. China Ocean Engineering. 2011(04)
[2]Experimental investigation of vortex-induced vibrations of long free spans near seabed[J]. LI XiaoChao, WANG YongXue, LI GuangWei, JIANG MeiRong & HE Xu State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Science China（Technological Sciences）. 2011(03)
[3]海底悬跨管线涡激振动实验方法探讨[J]. 李小超,王永学,李广伟. 实验力学. 2010(04)
[4]Experi mental Study on Vortex-Induced Vibrations of Submarine Pipeline near Seabed Boundary in Ocean Currents[J]. 杨兵,高福平,吴应湘,李东晖. China Ocean Engineering. 2006(01)
[5]海底输液管道内流、轴向力和压强对允许悬空长度的影响[J]. 娄敏,郭海燕,杨新华,傅强. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2006(02)
[6]The Effect of Internal Fluid on the Response of Vortex-Induced Vibration of Marine Risers[J]. 郭海燕,王元斌,傅强. China Ocean Engineering. 2004(01)
博士论文
[1]粉砂质海床对管跨涡激振动响应的研究[D]. 蒲进菁.中国海洋大学 2012
[2]海底管线悬跨段涡激振动响应的实验研究与数值预报[D]. 李小超.大连理工大学 2011
[3]海底管道—流体—海床相互作用机理和监测技术研究[D]. 吴钰骅.浙江大学 2007
本文编号：3229279
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