【摘要】：海洋立管系統(tǒng)是海洋石油鉆采裝備中的重要組成部分,海底的油藏經(jīng)采油樹、防噴器、海洋立管等裝置傳輸?shù)紽LNG或者穿梭游輪,立管還可以用于前期開采,作為鉆井工具使用。海流經(jīng)過立管時會在立管的兩側產(chǎn)生渦脫現(xiàn)象,從而使立管受到波動的力而發(fā)生振動,把這種現(xiàn)象稱為渦激振動。渦激振動會造成立管的疲勞破壞,因而準確的預測渦激振動的預報模型能夠對立管服役壽命的評估提供一定的工程參考價值。調研了國內外對渦激振動時域與頻域內的研究方法,并且了解到國內外學者研究渦激振動時將附加質量系數(shù)與流體阻尼取為定值,針對渦激振動參數(shù)的準確取值問題展開了尾流陣子模型法推導與實驗研究。理論推導出平均頂張力與約化速度的關系,并與經(jīng)典實驗數(shù)據(jù)對比分析。通過GITT(廣義積分變換法)來解耦立管的振動方程與尾流振子方程,將實驗研究獲得的非線性附加質量和流體阻尼的變化趨勢帶入解耦后的方程,分析其對參數(shù)激勵下立管模型渦激振動的影響。實驗研究中在波流水槽中搭建海洋立管縮比模型,選用有效長度為1.2m,長細比為1000的PVC管材制作立管模型,兩端鉸連接。在立管模型表面的橫流向(CF)與順流向(IL)均勻粘貼兩條光纖光柵傳感器串,采用高精度波紋管稱重傳感器測量流體力,采用S型拉力傳感器配合彈簧測量頂張力。采集的振動信號在MATLAB中經(jīng)契比雪夫濾波,模態(tài)分析法,積分法等一系列處理,得出實驗相關參數(shù)。通過水槽實驗研究了約化速度、立管頂部張緊力、立管質量比分別對附加質量系數(shù)與流體阻尼的影響,分析渦激振動的振幅比、頻率比、模態(tài)等特征參數(shù)來確定這兩個參數(shù)對渦激振動的影響。實驗證明附加質量系數(shù)和流體阻尼均為非線性參量;附加質量系數(shù)除了與約化速度有關,還和質量比、頂張力有關,頂張力會影響附加質量曲線的零點。流體阻尼與約化速度、振幅比有關,與質量比、頂張力的關系不明顯。在有限元軟件ANSYS中的CFX流體模塊模擬圓柱繞流,針對不同流速、不同質量比、雷諾數(shù),得出了渦街釋放云圖與立管升力系數(shù)曲線,計算數(shù)值模擬下的立管的附加質量與流體阻尼關系曲線,與理論研究進行對比研究。
【圖文】：

及意義時會產(chǎn)生尾渦釋放，渦街如圖 1.1 所示，渦街振動現(xiàn)象叫做渦激振動（VIV）。渦激振動是部分，比如說鉆井立管（DR）、頂部張緊式）等[1]，因為渦激振動可以使得立管在橫流向（，甚至會在很短的時間內導致立管疲勞破壞。海況下的渦激振動疲勞損傷率，將會對海洋上對于不同形式的立管的渦激振動進行了數(shù)的預報模型。對現(xiàn)有的幾種渦激振動預測模模型計算出來的結果差異巨大，這說明學者們要形成一個通用的、可靠的、適用于各種復雜究。而對于預報模型中的一些參數(shù)，，譬如拖曳體阻尼系數(shù)等，對于最終的結果有著非常重

中國石油大學（北京）碩士專業(yè)學位論文第 3 章 渦激振動實驗研究附加質量和流體阻尼的實驗測量是在中國石油天然氣集團公司海洋工程重點實驗室的波流水槽進行。水槽的尺寸為：長 46 m，寬 1.5 m，高 1.5 m，可以模擬各種規(guī)則波和不規(guī)則波，具有雙向循環(huán)造流系統(tǒng)，水深 0.8 m 時最大流速可達 1.0m/s。該水槽同時配備了國內較為先進的實驗設備，擁有數(shù)據(jù)采集儀、高精度壓力傳感器等設備，能夠模擬立管渦激振動、S 型立管鋪設、立管著陸點（TDP）力學分析、海工結構物波浪力試驗、海工結構物基礎沖刷及防護措施研究、海工結構物拖航安裝等各種實驗。波流水槽現(xiàn)場圖和海洋立管模型實驗架如圖 3.1 所示。
【學位授予單位】：中國石油大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P756.2

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本文編號：2643062