【摘要】：水下采油管道中一般為油、氣、水混合的多相流動,氣相和液相在流動過程中會逐漸混合,形成各種流型,由此引發(fā)管道振動。管道的大幅振動,會造成管道的破壞,從而降低生產(chǎn)效率,嚴重時可能對環(huán)境產(chǎn)生不可預估的污染,因此對于多相流引起管道振動問題的研究是十分必要的。本文從管道中輸送單相流出發(fā),通過Hamilton原理中的能量守恒,建立了考慮內(nèi)壓的,一端固支一端簡支的輸流管道流固耦合振動方程,并進行積分求解,得出了管道的一二階固有頻率及臨界流速的表達式,并與DNV規(guī)范中的管道頻率求解公式進行了對比,結(jié)果誤差較小。然后,通過Maple軟件編程計算得出內(nèi)流流速、內(nèi)壓與管道固有頻率之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)隨著內(nèi)流速度的增大,管道振動固有頻率逐漸減小。隨著管道內(nèi)壓的增大,管道振動固有頻率也逐漸減小。其次在單相流管道自由振動方程的基礎(chǔ)上,運用兩相滑速比概念,推導出一端簡支一端固支的多相流管道自由振動方程。并將外流場的作用簡化為附加質(zhì)量施加在管道上,對考慮附加質(zhì)量及不考慮附加質(zhì)量的固有頻率結(jié)果進行對比,發(fā)現(xiàn)當考慮附連水質(zhì)量之后,管道的固有振動頻率變小。之后,分別討論了管道參數(shù)及流體參數(shù)對于頻率的影響。另外還進行了管道的振動模態(tài)分析,通過與公式計算結(jié)果進行對比,驗證了推導公式的合理性。最后利用ANSYS CFX模塊進行復雜流型下管道流固耦合振動分析,通過設(shè)置不同的入口氣液相條件,監(jiān)測管道關(guān)鍵點的應(yīng)力及位移變化,得出考慮流型變化情況下管道的振動規(guī)律。
【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】：TE973
【圖文】：

南海地區(qū)匯集了我國大部分的油氣資源，雖然在該地區(qū)的油氣儲存量豐富，但是該區(qū)域的海洋深度深，海洋環(huán)境復雜惡劣，油氣資源性質(zhì)特殊，難度大，所以對于開采設(shè)備及管道提出了更嚴格的要求。隨著海洋油氣開采逐漸向深海邁進，油氣開采設(shè)備及管道雖然面臨著嚴峻戰(zhàn)，但與此同時也迎來了一波快速的發(fā)展。目前常用的海洋平臺包括張力腿[3]、半潛式平臺[4]、Spar 平臺[5]、FPSO[6]。一方面，海洋平臺時時刻刻都面臨自各個方向風浪流載荷的侵襲，受力的不確定性及周期性，使其更加容易發(fā)效，而立管系統(tǒng)是連接平臺及海底管線的重要部分，其使用環(huán)境也是十分惡僅需要面臨平臺的運動，還要面臨來自不同深度的海流的沖擊，導致立管在的深度會產(chǎn)生方向各異的振動，這些振動通過累積效應(yīng)，極有可能導致立管勞破壞；另一方面，由于海洋深度的增加，立管的長度不可避免的需要增長立管的長徑比的增大直接導致了管道端部受到的力會更加復雜，力矩會大大。因此，海洋油氣開采對于立管系統(tǒng)的發(fā)展也提出了更高的要求。

第2 章 單相流作用下立管耦合振動第 2 章 單相流作用下立管耦合振動管耦合振動方程的流固耦合問題一直以來都是研究上的一個難點，目前有許多的專面都進行了研究，也取得了不錯的成果。其中 Paidoussis[6]對該方面統(tǒng)的總結(jié)闡述，對于研究該類問題具有很大的參考意義。本章研究水平輸流直管，立管的端部條件為一端固支一端簡支，立管的力學所示。

固支-固支 a=22.4 a=61.7 a=121將 v=0m/s 代入式（2.16）及（2.17）得到管道的一階及二階固有頻率，與 DNV結(jié)果進行比較，如表 2.2 所示。表 2.2 兩種計算方法得到的管道固有頻率比較Table 2.2 Comparison of natural frequencies of pipeline obtained by two methods計算依據(jù) 一階固有頻率 二階固有頻率DNV 2.112 6.879推導公式 2.027 5.011.2 內(nèi)流流速對于管道振動固有頻率影響根據(jù)公式（2.14）可得管道振動固有頻率與內(nèi)部流速的關(guān)系如圖 2.2。

【參考文獻】

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本文編號：2803799