管道内流对海洋管线动力响应影响的仿真研究

论文摘要

海洋管道是海洋平台的重要组成部分之一,大多为长细比较大的柔性立管。作为输流通道,管道内通常会有高速油或气通过,对管道的振动幅值和频率产生较大的影响,但当前对海洋立管管道内流振动响应的研究涉及较少。本文运用CFD数值模拟方法,研究大长细比的柔性管道在内外流工况下的双向流固耦合,分析管道内流对管道涡激振动的影响。首先,运用单向流固耦合方法模拟只有内流工况下管道的振动响应。研究发现管道在一端固定另一端铰接的工况下,随着内流速增大,内流冲击力会促使弯曲弹性管体产生拉伸的倾向,由于受两端支撑约束作用,弹性管的整体曲率则呈现比较明显的增加趋势。然后,通过数值仿真方法对有无内流工况下的管道进行模拟,并进行傅里叶谱分析,发现两者的主振动频域及振幅相差较大,振动频率与无内流时相比较低。当管道的低频振动占主导并在附加动力的影响下,自振低频的频率也会随之降低,柔性管将会更易在结构低阶自振频率附近发生锁振现象。最后,对管道内流速度大小对管道振动响应的影响进行进一步研究,发现低流速时管道的振型变化较小。随着内流流速的增加,管道的振型发生较大变化,振幅也随之增大。为了更深入地研究管道内流的影响,本文改变了外流工况,对比在不同外流环境下改变内流所造成的影响。在外流较大的环境下管道内流增大会明显增加管道的振动幅度、减小振动频率,且管道不同位置所受的影响存在一定差异。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 本文的主要内容
•   1.4 本文创新点
• 第二章 涡激振动的基本概念
•   2.1 泻涡发放的形成机理
•   2.2 涡激振动主要参数
•     2.2.1 升阻力
•     2.2.2 雷诺数
•     2.2.3 斯特劳哈尔数（Strouhal number）
•     2.2.4 约化速度
•     2.2.5 质量比
•   2.3 泻涡形态分析
•   2.4 驻波与行波
•     2.4.1 驻波
•     2.4.2 行波
•   2.5 小结
• 第三章 数值模拟方法及有效性分析
•   3.1 数值模拟的优点
•   3.2 模型设定
•   3.3 网格划分
•   3.4 湍流模型的选择
•   3.5 有效性分析
•     3.5.1 模型试验设定
•     3.5.2 数值模拟设定
•     3.5.3 结果分析
•   3.6 本章小结
• 第四章 管道内流对振动响应的影响
•   4.1 内流对轴向动力及弯曲管曲率的影响
•   4.2 内流对振动响应的影响
•   4.3 内流速对振幅的影响
•   4.4 顶张力与内流的影响
•   4.5 本章小结
• 第五章 不同内流下管道的振动响应情况
•   5.1 不同管道内流速对管道振动响应的影响
•     5.1.1 内流速不同对管道振型的影响
•     5.1.2 内流速不同对管道振动轨迹的影响
•     5.1.3 内流速不同对振动模式的影响
•   5.2 内流速不同对泻涡的影响
•   5.3 内流变化在不同外流工况下对管道的影响
•   5.4 小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文及研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 柳博瀚

导师: 陈正寿

关键词: 海洋管道,涡激振动,流固耦合,管道内流

来源: 浙江海洋大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 浙江海洋大学

基金: 浙江省自然基金(LY20E090003),国家自然科学基金(41776105),大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室开放基金项目(LP1703)

分类号: P756.2

DOI: 10.27747/d.cnki.gzjhy.2019.000407

总页数: 67

文件大小: 14699K

下载量: 216