本文關(guān)鍵詞：圓柱繞流及立管渦激振動(dòng)數(shù)值計(jì)算分析

  更多相關(guān)文章： 海洋立管 渦激振動(dòng) 圓柱繞流 流固耦合 切片理論

【摘要】：近年來(lái)國(guó)際社會(huì)對(duì)石油的需求持續(xù)增長(zhǎng),對(duì)石油的開采將是人類在未來(lái)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)工業(yè)發(fā)展一個(gè)核心方向。隨著陸上可開采油田的數(shù)量越來(lái)越少,同時(shí)海洋石油資源的分布逐漸被發(fā)現(xiàn),海洋石油開采將成為未來(lái)原油產(chǎn)量的主要來(lái)源,所以對(duì)海洋石油的開采毫無(wú)疑問是大勢(shì)所趨。海洋石油開采的核心技術(shù)之一是立管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制造,在海洋石油的開采過程中,立管系統(tǒng)扮演著及其關(guān)鍵的角色,因?yàn)樗沁B接海底生產(chǎn)系統(tǒng)和海上浮式平臺(tái)的結(jié)構(gòu),除了作為輸油管道外,立管還負(fù)責(zé)石油開采平臺(tái)輔助線的支撐、輔助指導(dǎo)鉆井或修井機(jī)相關(guān)工具通往海底井口、浮體平臺(tái)回注非原油類流體至海底井口的傳輸導(dǎo)管等諸多內(nèi)容。當(dāng)前國(guó)際上立管系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心技術(shù)僅掌握在歐美少數(shù)國(guó)家,然而我國(guó)“十一五”規(guī)劃的提出明確了我國(guó)大力發(fā)展并研究海洋石油開采技術(shù)的決心。海洋立管系統(tǒng)設(shè)計(jì)離不開對(duì)立管渦激振動(dòng)的研究,在復(fù)雜海洋環(huán)境載荷作用下,其尾流區(qū)域會(huì)出現(xiàn)持續(xù)生成和脫落漩渦,研究表明這類漩渦將會(huì)致使立管受到周期變化的流體力作用。若系統(tǒng)的固有震動(dòng)與該流體力的頻率大致接近,它將會(huì)進(jìn)入一個(gè)“渦激共振”狀態(tài),長(zhǎng)時(shí)間的共振將會(huì)加速立管的斷裂,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)提前損壞,甚至可以引起石油泄漏事故。本文首先概述海洋平臺(tái)立管分類,接著詳細(xì)綜述渦激振動(dòng)的概況。同時(shí)通過闡述流體流動(dòng)特性及其控制方程,研究了圓柱尾流區(qū)域漩渦產(chǎn)生與脫落的機(jī)理,并從本質(zhì)上解釋了渦激振動(dòng)現(xiàn)象。通過流體控制方程的建立,即著名的納維爾-斯托克斯方程,本文詳細(xì)介紹了目前工程上對(duì)渦激振動(dòng)研究應(yīng)用較為廣泛的數(shù)值求解方法,尤其是RNG k??模型和SST k??模型。通過計(jì)算分析二維的彈性支撐條件下的剛性圓柱受迫振動(dòng),得出較優(yōu)湍流模型,并深入分析了仿真計(jì)算結(jié)果與渦激振動(dòng)現(xiàn)象的本質(zhì)關(guān)系;在前文的研究成果下,借助Ansys和Fluent,計(jì)算并分析了三維立管的渦激振動(dòng)響應(yīng)特征,同時(shí)通過研究立管不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)渦激振動(dòng)響應(yīng)的影響給出了具有一定工程參考價(jià)值的研究結(jié)論。
【關(guān)鍵詞】：海洋立管 渦激振動(dòng) 圓柱繞流 流固耦合 切片理論
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U674.38
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 海洋平臺(tái)立管分類11-14
• 1.3 渦激振動(dòng)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4 本文主要工作17-18
• 2 流體控制方程與渦激振動(dòng)機(jī)理18-28
• 2.1 流體流動(dòng)特性及其控制方程18-22
• 2.2 渦激振動(dòng)機(jī)理22-24
• 2.3 渦激振動(dòng)基本參數(shù)24-28
• 3 渦激振動(dòng)數(shù)值計(jì)算原理28-40
• 3.1 湍流數(shù)值模擬方法28-30
• 3.2 RANS方法求解N-S方程30-34
• 3.3 圓柱渦激振動(dòng)數(shù)值仿真方法34-40
• 4 二維圓柱的渦激振動(dòng)特性分析40-61
• 4.1 CFD數(shù)值計(jì)算模型40-42
• 4.2 二維固定圓柱繞流的數(shù)值計(jì)算結(jié)果42-47
• 4.3 不同湍流模型下的二維圓柱渦激振動(dòng)數(shù)值計(jì)算分析47-53
• 4.4 SST k -ω 模型下的二維圓柱VIV數(shù)值計(jì)算結(jié)果53-61
• 5 三維立管的渦激振動(dòng)特性分析61-73
• 5.1 三維立管模型簡(jiǎn)化61-63
• 5.2 三維立管渦激振動(dòng)微分方程63-65
• 5.3 三維頂張力立管VIV仿真分析65-73
• 6 總結(jié)與展望73-76
• 6.1 本文工作內(nèi)容總結(jié)73-74
• 6.2 未來(lái)的研究展望74-76
• 致謝76-77
• 參考文獻(xiàn)77-82
• 附錄 碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 趙連惠;;結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)的理論計(jì)算方法實(shí)驗(yàn)研究通過部級(jí)評(píng)審[J];應(yīng)用科技;1988年04期

2 劉健新;橋梁對(duì)風(fēng)反應(yīng)中的渦激振動(dòng)及制振[J];中國(guó)公路學(xué)報(bào);1995年02期

3 李立,廖錦翔,鄭忠雙;有限元方法計(jì)算橋梁渦激振動(dòng)響應(yīng)[J];公路交通科技;2003年03期

4 晏致濤;李正良;黃漢杰;;空間結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)分析[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);2008年01期

5 方平治;顧明;;圓柱兩自由度渦激振動(dòng)的數(shù)值模擬研究[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年03期

6 方平治;顧明;談建國(guó);;典型2維柱體渦激振動(dòng)的數(shù)值模擬研究[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年07期

7 許福友;丁威;姜峰;張哲;;大跨度橋梁渦激振動(dòng)研究進(jìn)展與展望[J];振動(dòng)與沖擊;2010年10期

8 惲秋琴;艾尚茂;孫麗萍;;海底多跨管道渦激振動(dòng)疲勞簡(jiǎn)化分析[J];中國(guó)造船;2010年04期

9 劉志文;陳政清;栗小祜;周帥;呂建國(guó);;串列雙流線型斷面渦激振動(dòng)氣動(dòng)干擾試驗(yàn)[J];中國(guó)公路學(xué)報(bào);2011年03期

10 劉志文;劉小兵;陳政清;栗小祜;;均勻流場(chǎng)串列雙Π型斷面渦激振動(dòng)氣動(dòng)干擾試驗(yàn)研究[J];工程力學(xué);2011年12期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳偉民;時(shí)忠民;;海洋平臺(tái)的渦激振動(dòng)研究及其分析方法[A];2003年度海洋工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

2 王琳;;內(nèi)流速度對(duì)管道渦激振動(dòng)響應(yīng)的影響研究[A];第六屆全國(guó)動(dòng)力學(xué)與控制青年學(xué)者學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2012年

3 劉志文;楊陽(yáng);陳政清;張著名;辛亞兵;;橋梁結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)中的渦激振動(dòng)問題[A];第十八屆全國(guó)橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2008年

4 代胡亮;王琳;;超臨界內(nèi)流速條件下管道的渦激振動(dòng)響應(yīng)[A];第九屆全國(guó)動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議手冊(cè)[C];2012年

5 黃熙龍;王嘉松;;利用離散渦方法模擬圓柱繞流及渦激振動(dòng)[A];第二十五屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)暨第十二屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議文集（上冊(cè)）[C];2013年

6 王琳;;非線性渦激振動(dòng)及其能量利用的幾個(gè)問題討論[A];第七屆全國(guó)動(dòng)力學(xué)與控制青年學(xué)者研討會(huì)論文摘要集[C];2013年

7 鮮榮;廖海黎;朱超;盛建軍;;大跨度橋梁渦激振動(dòng)經(jīng)驗(yàn)線性模型應(yīng)用[A];第十四屆全國(guó)結(jié)構(gòu)風(fēng)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（中冊(cè)）[C];2009年

8 王藝;陳偉民;;均勻來(lái)流中圓柱渦激振動(dòng)負(fù)附加質(zhì)量[A];第十二屆中國(guó)海岸工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2005年

9 林黎明;宋芳;曾曉輝;;應(yīng)用新的尾流振子模型研究大長(zhǎng)徑比下立管的渦激振動(dòng)[A];北京力學(xué)會(huì)第十六屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

10 廖海黎;王騎;李明水;;嘉紹大橋分體式鋼箱梁渦激振動(dòng)特性風(fēng)洞試驗(yàn)研究[A];第十四屆全國(guó)結(jié)構(gòu)風(fēng)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（中冊(cè)）[C];2009年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 涂佳黃;剪切來(lái)流下鈍體繞流與渦激振動(dòng)效應(yīng)模擬與分析[D];上海交通大學(xué);2014年

2 孫延國(guó);基于偏相關(guān)的大跨度橋梁渦激振動(dòng)分析方法及應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2013年

3 李保軍;海洋管線渦激振動(dòng)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

4 秦浩;大跨度變截面連續(xù)鋼箱梁橋渦激振動(dòng)計(jì)算方法研究[D];西南交通大學(xué);2015年

5 毛海英;鋼懸鏈線立管整體動(dòng)力響應(yīng)分析[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

6 羅竹梅;海流能發(fā)電渦激振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的水動(dòng)力特性及能量獲取研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

7 詹昊;鋼桁拱橋吊桿渦激振動(dòng)仿真分析[D];華中科技大學(xué);2009年

8 陳正壽;柔性管渦激振動(dòng)的模型實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2009年

9 何長(zhǎng)江;柔性立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)與數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

10 黃智勇;柔性立管渦激振動(dòng)時(shí)域響應(yīng)分析[D];上海交通大學(xué);2008年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 韓艷艷;鋼箱梁斜拉橋渦激振動(dòng)控制的TMD參數(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2015年

2 岳明;懸索橋鉸接式吊索渦激振動(dòng)氣動(dòng)干擾效應(yīng)數(shù)值分析[D];鄭州大學(xué);2015年

3 呂鳳池;基于圓柱渦激振動(dòng)壓電梁水下俘能特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 譚真;風(fēng)帆助航船渦激振動(dòng)研究[D];大連理工大學(xué);2015年

5 段青松;積雪對(duì)橋梁空氣動(dòng)力的影響研究[D];西南交通大學(xué);2014年

6 王彥彪;基于模型測(cè)壓試驗(yàn)的扁平箱梁渦振機(jī)理研究[D];石家莊鐵道大學(xué);2015年

7 武爽;潮流能轉(zhuǎn)換裝置阻尼條件下圓柱振子渦激振動(dòng)現(xiàn)象研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

8 鐘詩(shī)民;群式站立式立管浮筒渦激振動(dòng)研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

9 郭峰;汽車外后視鏡風(fēng)激振特性的數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2016年

10 朱文波;海洋熱塑性增強(qiáng)管渦激振動(dòng)流固耦合分析[D];南京理工大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：791590