串列布設(shè)立管干涉問(wèn)題流固耦合研究.pdf

1、立管是油氣開(kāi)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(kāi)采水深的不斷增加，立管與海流的流固耦合問(wèn)題也表現(xiàn)出越來(lái)越強(qiáng)的非線性。目前針對(duì)該問(wèn)題的研究多關(guān)注于孤立管的渦激振動(dòng)問(wèn)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(lái)流下的干涉問(wèn)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

2、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(lái)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(guò)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(wèn)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)

3、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，振幅減小;順流向響應(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