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波流联合作用下输流海洋立管流固耦合振动特性研究

丁云  
【摘要】:随着海洋油气资源的不断开发,各种海洋平台工程以及开采过程中涉及的管柱结构日益增多。尤其钻采中使用的管线一般为细长结构,受到海流和波浪的冲击,会导致发生持续的非线性流固耦合作用,可能最终导致海洋立管的失效和疲劳破坏。本文借助多物理场耦合平台Workbench,采用FLuent作为流场解算器并与Ansys动力响应模块进行数据交互,通过将数值模拟与实验对比,验证了上述耦合模拟方案的可行性,并在此基础上完成了不同顶张力、不同管端约束、不同内流流速和不同密度内流介质以及波流联合多种工况的立管双向流固耦合的三维数值模拟,深化了对立管振动特性的认识,探讨了复杂工况对立管涡激振动特性和波流联合作用立管动力响应特性的影响效果。模拟结果表明:顶张力和石油介质的内流对立管的振动特性有明显的影响,密度低的天然气作为内流时其表现出与不含内流立管类似但仍有其独特特点的动力特性,深水工况下二阶Stockes波相比浅水在波流共同作用下使得立管振动产生更大的振幅、更为激烈的轨迹运动和更为复杂的振动频率。


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