钢悬链线立管触地点区域管土动力相互作用分析

钢悬链线立管(SCR)与海床土体的相互作用对立管的疲劳寿命影响很大.运用ABAQUS软件模拟了不同沟槽形状时管道初次侵入土体,得到了土体的p-y曲线.考虑海床土体竖向非线性、沟槽侧向作用力和沟槽回填土的影响,建立了SCR与海床土体的有限元模型,进行了立管整体动力响应分析.结果表明:沟槽形状不同时,土体反力曲线不同,SCR动力响应不同;管土接触面积越大土体的竖向反作用力越大;沟槽土体的回填能减小触地点弯矩幅值,能够调整整个立管的弯矩分布,从而减小立管触地点的疲劳破坏.     

大应变钢悬链线输流立管动力特性研究

深水海洋立管通过柔性接头连接于上部浮体和海底之间,海洋立管的动力特性研究在动力响应的分析和性能化设计中是非常重要的。考虑深水立管大变形的特性以及内流的影响,利用二维动力学模型探讨了不同弹性模量、内部流体流速和顶部张力影响下立管的动力特性。得出如下结论:内部流体流速、弹性模量和顶部张力这三种因素的变化都会影响立管的固有频率,通常内流体流速增加、弹性模量降低以及顶部张力降低都会导致固有频率产生不同程度的减小;并且相应于各阶固有频率的振动模态的幅值大小和方向也随着各影响因素大小发生变化。     

钢悬链线立管提升作业耦合动力响应仿真研究

为探究提升作业过程中钢悬链线立管(SCR)动力响应结果,基于时域耦合理论与有限元法,建立了安装作业船舶-缆绳-SCR动力学模型,计算分析了SCR在提升过程中的弯矩变化,并详细分析了不同提升速率下的船舶运动、SCR弯矩及收放(AR)缆顶端张力.研究结果表明:SCR的弯矩与AR缆顶端张力受SCR提升速率影响较大,AR缆顶端张力与悬垂段处SCR弯矩随着SCR提升速率增加而增大;当提升速率从1 m/s增大至2.5 m/s时,AR缆最大张力从2.742 6 MN增大至4.191 8 MN.     

微重力下气液两相流流型转换的通用关系式

为了预测微重力下气液两相流流型及其转变条件,综述了已有的微重力下气液两相流流型的研究工作,分析、比较了各种研究方法的特点和结果,对已公开发表的１７组微重力下流型的实验结果、共计８００多个实验点,以新的量纲为１的坐标进行重新整理,绘出了流型图。从两相流体内部相互作用力的角度,阐述了微重力下流型变迁的机理,分析了管径、流体粘度、表面张力等对流型转变的影响。以所有这些实验点为基础,拟合出了微重力下气液两相流流型转变的通用关系式。     

海洋钢悬链线立管振动响应与疲劳预测

涡激振动是引发立管疲劳损伤的关键诱因之一。基于Van Der Pol尾流振子方程,研究了不同长度两端铰接的钢悬链线立管在相同来流流量不同剖面剪切来流作用下的涡激振动响应。采用二阶中心差分法对时域和空间域的耦合方程组进行了求解,并采用雨流计数法对立管的疲劳寿命进行了预测。结果表明,立管振动沿轴向传播呈驻波和行波的混合模式,随立管长度的增加,振动响应由驻波主导转变为行波主导。受剪切来流剖面的影响,立管振动响应呈现多频特性,行波自立管的顶部向底部传播,且其传播速率随来流剪切程度及立管长度而变化。随剪切程度的增强,立管从流体中获得的能量减少,能耗增加,振动位移减少。相同来流剖面时,随着水深的增加,立管疲劳损伤增加;而水深相同时,随来流剪切程度的增加,疲劳损伤逐渐增大。     

S型柔性立管内空气-水两相流流型特征的实验研究

实验研究了S型柔性立管内空气-水两相流流型特征.实验环路由长114 m的水平环道,16 m的-2°下倾管和高15.3 m、长24 m的S型立管组成,环路内径为50 mm.使用立管底部压力、立管出口持液率HL及其概率密度函数(PDF)分布特征识别和区分流型.实验发现了典型严重段塞流、过渡型严重段塞流、稳定流动3类流型.典型严重段塞流下HL曲线呈方波状,相应的PDF分布呈HL分别为0和1的双峰结构;过渡型严重段塞流下HL曲线呈针刺状,其PDF分布也为双峰结构,但HL的低峰远高于HL的高峰;稳定流动下的PDF分布呈HL为0.27左右的单峰状.分析表明,典型和过渡型严重段塞流分别与垂直上升管弹状流和块状流具有相似的PDF分布特征,但彼此的流动形态却完全不同.     

大起伏角度下V形管道段塞流流型特性

利用室内实验装置,对大起伏角度条件下V型管道气液流型特性进行实验研究。实验中观测到7种流型,得到了不同流型的持液率波动信号,以实验数据为基础,对改进的Taitel-Dukler判别法、B?e准则、修正B?e准则的流型判别效果进行了验证。实验结果表明：严重段塞流I、II、III周期性明显,具有较大的功率谱密度（PSD）峰值,其峰值由大到小排列依次为I> II> III;环状流PSD幅值最小;V型管道前后倾角变化对严重段塞流范围影响较为明显,当V型管道下倾管倾角或者上倾管倾角增大时,管道底部下凹区域积液量增多,严重段塞流 I区域增大,环状流生成区域减小;改进的Taitel-Dukler流型判别准则计算结果与不同倾角下的实验数据基本吻合,实验观察气团流区域小于准则计算结果,准则计算环状流区域大于实验观测结果;修正B?e准则对于严重段塞流I、II流型判别效果要优于B?e准则;本实验拟合大起伏角度条件下B?e准则的修正系数为3。     

基于海床吸力和刚度衰减模型的深海钢悬链线立管动力响应分析

运用ABAQUS创建触地单元,将立管 海床作用的模拟简化为3种模型：线性刚度、线性截断、线性截断并考虑海床吸力和刚度衰减.将浮体垂向运动作为立管顶端边界输入,并对3种简化模型进行了计算比较.结果表明：考虑立管 海床分离以及吸力效应对计算结果的影响很大;考虑吸力效应时,在立管和海床分离的阶段会有较多的疲劳应力循环.第③类触地单元较好地反映了吸力的产生和释放过程,其包含的海床刚度衰减模型也给出了令人满意的结果.
-     

基于空隙率波特性的垂直气液两相流流型判别研究

通过实验得到了垂直管内气液两相流动各种流型的空隙率波,对空隙率波进行信号处理,得到了泡状流、弹帽泡状流、段塞流、沫状流等各种基本流型的空隙率概率密度分布规律和频谱。结果表明,不同流型的空隙率波、概率密度函数(PDF)曲线和频谱曲线具有不同的特征,截面平均含气率越高,空隙率波的频率越趋于单一。因此在不可视的条件下可以根据空隙率波特性,利用这些曲线特别是PDF曲线特性判别流型。     

悬链线立管涡激振动响应及协同学控制

针对钢悬链线立管结构体系涡激振动的自组织演化过程问题,采用协同学的方法,通过分析质点位移为序参量的结构振动演化主方程的非定态解,阐述了快驰豫参量和控制系统演化的慢驰豫参量之间的相互关联和协同作用,得到了代表立管系统振动时序参量所满足的主方程.进而探讨了结构振动控制的方法,包括改变结构弹性模量和内流流速的被动控制方法,以及控制外部流体流速的主动控制方法,为钢悬链线立管结构涡激振动控制工程实践提供了理论依据.     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合振动分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,最后提出了立管减振措施。结果表明:立管变形最大处发生在立管中间处,最大应力发生在立管的入口和出口处附件的上下部;双向耦合作用下立管最大等效应力和最大变形量均小于单向耦合;随着立管约束数量的增加,立管的变形量和等效应力变小;随气相速度增大时,立管位移减小,相反,随液相流速的增加,立管位移增大,随截面含气率的减小,立管位移增大。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合模态分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了流固耦合模态分析,研究了有无流固耦合存在时立管振动模态的变化以及立管支承方式、流体边界条件对立管固有频率和阵型的影响。同时,将仿真分析同DNV公式求解的固有频率进行了对比验证。结果表明:流固耦合作用明显地降低了立管的固有频率,但并不改变固有阵型;立管的支承方式不改变阵型,但会影响管道的固有频率,约束数量增加,固有频率变大,随着模态阵型阶数增加,立管的固有频率增加,而最大阵型位移随之减小;立管固有频率随气相流速的增加而减小,随截面含气率的增大而增大;通过仿真分析和DNV公式求解两种方法得到的固有频率相差不大,验证了仿真分析的合理性。分析结果对海洋立管的优化设计和振动对策提供了重要的理论依据。     

水平气井井筒气液两相流型预测

准确判断产水水平气井井筒流型是预测其井筒压降、合理制定排水采气方案的关键。水平井沿流向井斜角从90 °到0连续变化,目前尚无描述水平井两相流动的统一流型图,只能分别采用描述水平管、倾斜管和垂直管的3个流型图来分段处理,各流型图实验条件差异大;且产水气井日产水量极小,气液比极高,易超出工程常用气液两相管流流型图的坐标值范围,导致其预测结果误差大。为此研制了水平段-倾斜段-垂直段的水平井空气-水两相流动模拟实验装置,考虑产水气井特高气液比的特点开展了7组管斜角641组水平井气水两相管流流型实验,归纳水平气井的5种流型及其典型特征。引用Duns&Ros定义的无因次气液速度准数,增加管斜角为X轴,绘制了描述水平气井气液两相管流的三维流型图,给出了BP神经网络模型预测水平气井井筒流型的方法。川西气田20口水平气井测压数据验证表明,该流型图预测正确率达90%。     

环形窄通道内流动沸腾换热及两相流型研究

实验研究了垂直向上窄缝环形管内流动沸腾换热特性和流型变化，窄缝宽度为1—2．5mm．实验结果表明，窄缝内沸腾传热有明显强化，并出现了区别于常规尺寸管内的两相流型和局部换热特性。     

上倾管内油水两相流流型实验研究

国内多条成品油输送管道在投产和运行过程中,采用“水联运”投产方式所造成的上倾管道低洼处积水现象引起了严重的管道内腐蚀问题。利用上游来油将低洼处积水携出管道能有效缓解内腐蚀。采用0#柴油、去离子水在内径100 mm的上倾管道内观察油水两相流流型并测量油携水临界流速。结果表明,随油流黏性力增大和管道倾角增大,油水两相流依次呈现波状分层流、有水滴的波状分层流和油相占主导的分散流3种流型;同一流型下,油相能将水相携入上倾段的最低临界流速随倾角增大而增大;倾角从20°增大到25°使流型从波状分层流转化为有液滴的波状分层流时,油相能将水相携入上倾段的临界流速从0.203 m/s减小为0.187 m/s;倾角从30°增大至35°时,使初始流型从有液滴的波状分层流转换为水相在油相中的分散流,油相能将水相携入上倾段的临界流速从0.205 m/s减小为0.194 m/s;油相能将水相完全携出上倾段的临界流速随倾角增大而略有增大;发生流型转化的流速随倾角增大而减小。     

气液两相流的双参数流量测量

气-液两相流量在许多工业生产和科研领域中是非常重要的数据。文中详细介绍了现有的六种气-液两相流双参数流量测量方法,给出了它们的实验结果及其优缺点。     

垂直上升管内未充分发展弹状流流动特征参数的研究

采用电导原理对气-液两相弹状流中的弹状气泡速度、液塞速度、弹状气泡长度和液塞长度进行了测量．得到了各自随表观气速或表观液速的变化规律．并对弹状气泡长度进行了统计分析，结果表明：弹状气泡长度在显性水平α=0．05的条件下符合正态分布．     

提升管变径段气固两相流动状况

采用数值模拟的方法对两段提升管催化裂解多产丙烯催化裂化装置提升管反应器下半部的流动状况进行研究.计算结果表明,提升管反应器下部催化剂呈现比较明显的非均匀性,催化剂主要靠近反应器边壁附近分布.由于油气喷入反应器后形成射流区,对油气与催化剂之间的充分接触产生一定影响.经下部喷嘴进入反应器的油气在反应器中存在明显的返混.提升管反应器的下半段,气固两相的非理想流动较为明显.气固两相流动状况的数值模拟为反应器及操作条件优化提供了重要依据.