本文關(guān)鍵詞：海洋復(fù)合波紋管內(nèi)流特性分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：海洋復(fù)合波紋柔性管道是海洋工程裝備中油氣傳輸?shù)摹把堋?是進(jìn)行深遠(yuǎn)海油氣開發(fā)的關(guān)鍵裝備之一。針對我國南海極其復(fù)雜的海洋環(huán)境,浮式液化天然氣生產(chǎn)儲卸裝置(FLNG)是南海油氣開采的新型模式,其中FLNG復(fù)合波紋管道用于液化天然氣卸載過程中相互連接的運(yùn)輸船舶之間,能夠快速進(jìn)行LNG持續(xù)有效輸送。FLNG復(fù)合波紋管道的傳輸性能直接影響海洋油氣開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性與安全性,因此詳細(xì)研究分析管道工作過程中內(nèi)部流體傳輸時的流動特性以及管體力學(xué)性能對于實(shí)際工程設(shè)計具有重要指導(dǎo)意義。首先,本文針對復(fù)合波紋管道內(nèi)部流體的流動特性進(jìn)行理論分析和計算流體力學(xué)(CFD)數(shù)值研究模型建立。其次,在實(shí)際工況中不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合波紋管道傳輸性能差別巨大,但我國沒有成熟的FLNG復(fù)合波紋管設(shè)計規(guī)范及工程應(yīng)用實(shí)例,所以使用FLUENT針對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的管道開展內(nèi)流特性的詳細(xì)計算研究十分必要。通過建立波紋管三維數(shù)值計算模型,對比分析得到管道的波型、波高、波距等結(jié)構(gòu)參數(shù)對于管內(nèi)流動壓降和流阻系數(shù)的具體影響規(guī)律,這能夠為FLNG復(fù)合波紋管道傳輸卸載過程的基本設(shè)計提供有益參考。海洋復(fù)合波紋管道在LNG船之間的傳輸過程中不僅需要考慮內(nèi)部流體的通流性能,還必須保證在海洋復(fù)雜工況條件下管道不會出現(xiàn)力學(xué)結(jié)構(gòu)破壞及異常工況失效。已有文獻(xiàn)中針對管道本身的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析比較充分,但少有研究內(nèi)流特性在管道設(shè)計中的關(guān)鍵影響因素。本文在考慮復(fù)合波紋管內(nèi)流特性影響的基礎(chǔ)上,進(jìn)行管道內(nèi)流特性與彎曲性能的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；通過計算不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的波紋管彎曲性能,確定波紋高度和波紋間距作為設(shè)計變量,建立波紋管多目標(biāo)優(yōu)化模型。采用代理模型和多種優(yōu)化算法,獲得提高波紋管性能的設(shè)計參數(shù)與多目標(biāo)優(yōu)化的Pareto解前沿,并詳細(xì)對比研究各種優(yōu)化算法的計算效率以及解集質(zhì)量。最后,簡要總結(jié)FLNG復(fù)合低溫波紋管道的基本實(shí)驗類型和實(shí)驗方法,主要包括低溫材料實(shí)驗、靜態(tài)力學(xué)性能測試、動態(tài)疲勞和振動沖擊實(shí)驗、流動保障性實(shí)驗以及模擬實(shí)際工況的測試等。這為下一步波紋管內(nèi)流特性實(shí)驗測試平臺的搭建打下基礎(chǔ),使波紋管的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以更好適應(yīng)于工程實(shí)際應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合波紋管道 內(nèi)流特性 CFD數(shù)值模擬 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 實(shí)驗類型
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE95
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景與意義9-11
• 1.2 海洋復(fù)合波紋管道基本結(jié)構(gòu)形式11-15
• 1.3 復(fù)合波紋管道內(nèi)流特性及失效問題15-16
• 1.4 FLNG復(fù)合波紋管道應(yīng)用進(jìn)展和研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4.1 FLNG卸載系統(tǒng)的波紋管道應(yīng)用進(jìn)展16-17
• 1.4.2 波紋管內(nèi)部流體流動特性的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4.3 波紋管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容19-20
• 2 復(fù)合波紋管道內(nèi)流特性計算的理論基礎(chǔ)與數(shù)值模擬方法20-30
• 2.1 管內(nèi)流體流動特性計算的理論基礎(chǔ)20-22
• 2.2 計算流體力學(xué)概述和基本控制方程22-24
• 2.3 湍流計算方法和模型24-26
• 2.4 FLUENT軟件簡介與應(yīng)用26-27
• 2.5 管道內(nèi)部流體的物性參數(shù)選擇27-28
• 2.6 邊界條件確定和求解計算設(shè)置28-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 3 復(fù)合波紋管道內(nèi)流特性的CFD數(shù)值模擬計算與結(jié)果分析30-47
• 3.1 管道幾何模型建立與網(wǎng)格劃分30-32
• 3.2 長直圓管的數(shù)值計算結(jié)果分析研究32-33
• 3.3 不同波紋形狀的計算結(jié)果對比分析33-38
• 3.4 不同波高波距的計算結(jié)果對比分析38-42
• 3.5 帶螺旋的波紋管計算結(jié)果分析42-44
• 3.6 彎曲波紋管的計算結(jié)果分析44-46
• 3.7 本章小結(jié)46-47
• 4 考慮內(nèi)流特性影響的復(fù)合波紋管道結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計47-59
• 4.1 優(yōu)化設(shè)計方法概述47-50
• 4.1.1 多目標(biāo)優(yōu)化問題47-48
• 4.1.2 代理模型和試驗設(shè)計方法48-49
• 4.1.3 多目標(biāo)優(yōu)化算法49-50
• 4.2 波紋管道優(yōu)化設(shè)計模型的建立50-54
• 4.2.1 設(shè)計變量和目標(biāo)函數(shù)確定50-52
• 4.2.2 波紋管優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型52-54
• 4.3 多目標(biāo)優(yōu)化計算結(jié)果的分析研究54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 5 FLNG海洋復(fù)合波紋管道實(shí)驗測試方法59-62
• 5.1 復(fù)合波紋管道的實(shí)驗方法與測試平臺59-61
• 5.2 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況67-68
• 致謝68-70

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