【摘要】：立管是油氣開發(fā)系統(tǒng)中的關(guān)鍵構(gòu)件,主要用于油氣輸送。隨著石油勘探與開采水深的不斷增加,立管與海流的流固耦合問題也表現(xiàn)出越來越強(qiáng)的非線性。目前針對(duì)該問題的研究多關(guān)注于孤立管的渦激振動(dòng)問題,然而在海洋石油生產(chǎn)系統(tǒng)中立管的布置比較密集,由孤立管流固耦合分析得到的結(jié)論一般不能直接推廣到多根立管系統(tǒng)中。本文借助ANSYS MFX多物理場(chǎng)平臺(tái),對(duì)串列布設(shè)雙根立管在均勻來流下的干涉問題進(jìn)行了流固耦合數(shù)值模擬,分析了不同間距雙根立管在復(fù)雜水動(dòng)力載荷作用下的動(dòng)力響應(yīng)與瀉渦形態(tài)。 本文立管模型取自MARINTEK的立管渦激振動(dòng)實(shí)驗(yàn),是處于亞臨界雷諾數(shù)來流下的高長(zhǎng)徑比柔性立管。首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)的濕模態(tài)分析獲取結(jié)構(gòu)的前五階固有頻率,又對(duì)孤立管進(jìn)行了繞流模擬和流固耦合數(shù)值模擬,通過數(shù)值分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了本文數(shù)值分析方法的正確性；其次又對(duì)間距分別為4D、3D的串列布設(shè)雙管的干涉問題進(jìn)行了流固耦合數(shù)值模擬研究,并將結(jié)果與孤立管情形以及繞流情形做出對(duì)比,分析了不同中心間距下的立管運(yùn)動(dòng)響應(yīng)、升力阻力變化情況、瀉渦形態(tài)等。 數(shù)據(jù)分析表明,兩管間距為4D時(shí),在上游立管的影響下,下游立管的響應(yīng)幅值大于上游立管,受力呈現(xiàn)出不穩(wěn)定狀態(tài),出現(xiàn)了尾流誘導(dǎo)振動(dòng)現(xiàn)象。串列形式對(duì)立管順流向振動(dòng)的影響比對(duì)橫流向的影響大,順流向振動(dòng)幅值增加顯著,振動(dòng)模態(tài)發(fā)生了改變。下游立管尾渦形態(tài)表現(xiàn)出復(fù)雜的三維特性。立管間距減小至3D時(shí),橫流向響應(yīng)趨勢(shì)同孤立管類似,振幅減�。豁樍飨蝽憫�(yīng)模態(tài)同間距為4D的串列雙管類似,但振幅增加。將耦合結(jié)果同繞流情形對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)考慮耦合的情況下,下游立管的拖曳力系數(shù)較繞流情形顯著放大,且上下游立管拖曳力系數(shù)之間存在相位差。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：P756.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2802747