近壁面圓柱繞流和渦激振動的三維數(shù)值模擬
發(fā)布時間：2021-06-14 06:41
海底管道是現(xiàn)代海上采油系統(tǒng)的重要組成部分。由于管道的存在,周圍海床發(fā)生局部沖刷,導(dǎo)致海底管線出現(xiàn)懸跨段,在水流作用下管道發(fā)生渦激振動,容易引發(fā)管體的疲勞破壞。海底管道一旦失效滲漏,不僅會造成油氣損失,影響海上油田的正常生產(chǎn),還會污染周邊環(huán)境,造成嚴(yán)重的生態(tài)破壞。海底管線工作環(huán)境惡劣,造價高昂,而損管修復(fù)技術(shù)難度大,維修成本高,時間代價大。盡管在海底管線的設(shè)計和鋪裝中往往留有較大的安全冗余,但終究治標(biāo)不治本。當(dāng)前國內(nèi)外對于近壁面條件下管道的應(yīng)力應(yīng)變以及周圍流場特性開展了大量的研究工作,但采用三維數(shù)值模擬方法進(jìn)行的分析研究相對較少。為了深入探尋海底管道懸跨段流固耦合作用的內(nèi)在規(guī)律,本課題將海底管道和海床面抽象為光滑圓柱和固定平面,采用基于浸入邊界法的的高效能三維紊流并行計算程序——CgLESIBM分別從圓柱繞流和渦激振動兩個方面,建立固定剛性圓柱和兩端簡支的彈性圓柱三維模型,模擬不同間隙比和邊界層厚度條件下,壁面-圓柱-流場相互作用機(jī)理。設(shè)置圓柱質(zhì)量比為6,長細(xì)比為25,雷諾數(shù)為350。邊界層厚度設(shè)置為0、0.7D和1.6D,間隙比設(shè)置為0.2、0.6和1.0,分別對...
【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：146 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
浸入邊界點表示的管道薄壁結(jié)構(gòu)
第 3 章 數(shù)值模擬方法足每個笛卡爾網(wǎng)格里至少有一個浸入邊界點(IBP)，使浸入邊界點在展向卡爾網(wǎng)格對應(yīng)，共布置 256 層或 384 層浸入邊界點，每層再細(xì)分為 6 個每個亞層布置 202 個浸入邊界點。
29圖 3-5 無邊界層和薄邊界層工況網(wǎng)格設(shè)置示意圖根據(jù) CFL 條件數(shù)來判斷計算的穩(wěn)定性，本文要求CFL U t / x 1，由格尺寸可計算最大時間步長，故本文在計算中將計算時間步取為 t 0.008
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Behavior of Vortex-Induced Vibration of A Circular Cylinder Near A Deformable Wall with Two Degrees of Freedom in Steady Flow[J]. 楊兵,馬建林,崔金聲,徐萬海. China Ocean Engineering. 2011(04)
[2]Experimental investigation of vortex-induced vibrations of long free spans near seabed[J]. LI XiaoChao, WANG YongXue, LI GuangWei, JIANG MeiRong & HE Xu State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Science China（Technological Sciences）. 2011(03)
[3]海底懸跨管線渦激振動實驗方法探討[J]. 李小超,王永學(xué),李廣偉. 實驗力學(xué). 2010(04)
[4]Experi mental Study on Vortex-Induced Vibrations of Submarine Pipeline near Seabed Boundary in Ocean Currents[J]. 楊兵,高福平,吳應(yīng)湘,李東暉. China Ocean Engineering. 2006(01)
[5]海底輸液管道內(nèi)流、軸向力和壓強(qiáng)對允許懸空長度的影響[J]. 婁敏,郭海燕,楊新華,傅強(qiáng). 中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2006(02)
[6]The Effect of Internal Fluid on the Response of Vortex-Induced Vibration of Marine Risers[J]. 郭海燕,王元斌,傅強(qiáng). China Ocean Engineering. 2004(01)
博士論文
[1]粉砂質(zhì)海床對管跨渦激振動響應(yīng)的研究[D]. 蒲進(jìn)菁.中國海洋大學(xué) 2012
[2]海底管線懸跨段渦激振動響應(yīng)的實驗研究與數(shù)值預(yù)報[D]. 李小超.大連理工大學(xué) 2011
[3]海底管道—流體—海床相互作用機(jī)理和監(jiān)測技術(shù)研究[D]. 吳鈺驊.浙江大學(xué) 2007
本文編號：3229279
【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：146 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
浸入邊界點表示的管道薄壁結(jié)構(gòu)
第 3 章 數(shù)值模擬方法足每個笛卡爾網(wǎng)格里至少有一個浸入邊界點(IBP)，使浸入邊界點在展向卡爾網(wǎng)格對應(yīng)，共布置 256 層或 384 層浸入邊界點，每層再細(xì)分為 6 個每個亞層布置 202 個浸入邊界點。
29圖 3-5 無邊界層和薄邊界層工況網(wǎng)格設(shè)置示意圖根據(jù) CFL 條件數(shù)來判斷計算的穩(wěn)定性，本文要求CFL U t / x 1，由格尺寸可計算最大時間步長，故本文在計算中將計算時間步取為 t 0.008
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Behavior of Vortex-Induced Vibration of A Circular Cylinder Near A Deformable Wall with Two Degrees of Freedom in Steady Flow[J]. 楊兵,馬建林,崔金聲,徐萬海. China Ocean Engineering. 2011(04)
[2]Experimental investigation of vortex-induced vibrations of long free spans near seabed[J]. LI XiaoChao, WANG YongXue, LI GuangWei, JIANG MeiRong & HE Xu State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Science China（Technological Sciences）. 2011(03)
[3]海底懸跨管線渦激振動實驗方法探討[J]. 李小超,王永學(xué),李廣偉. 實驗力學(xué). 2010(04)
[4]Experi mental Study on Vortex-Induced Vibrations of Submarine Pipeline near Seabed Boundary in Ocean Currents[J]. 楊兵,高福平,吳應(yīng)湘,李東暉. China Ocean Engineering. 2006(01)
[5]海底輸液管道內(nèi)流、軸向力和壓強(qiáng)對允許懸空長度的影響[J]. 婁敏,郭海燕,楊新華,傅強(qiáng). 中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2006(02)
[6]The Effect of Internal Fluid on the Response of Vortex-Induced Vibration of Marine Risers[J]. 郭海燕,王元斌,傅強(qiáng). China Ocean Engineering. 2004(01)
博士論文
[1]粉砂質(zhì)海床對管跨渦激振動響應(yīng)的研究[D]. 蒲進(jìn)菁.中國海洋大學(xué) 2012
[2]海底管線懸跨段渦激振動響應(yīng)的實驗研究與數(shù)值預(yù)報[D]. 李小超.大連理工大學(xué) 2011
[3]海底管道—流體—海床相互作用機(jī)理和監(jiān)測技術(shù)研究[D]. 吳鈺驊.浙江大學(xué) 2007
本文編號：3229279
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