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海洋立管涡激振动与疲劳寿命影响因素分析被引量：15: 2016年; 大尺寸的立管涡激振动三维数值模拟的代价大, 计算效率低, 为此, 采用一种基于弹簧-质量模型的等效二维模型, 通过二维数值模拟求解三维问题中管道的振幅和频率, 进而对立管疲劳寿命的影响因素进行分析.二维模型中, 应用弹簧-质量模型, 利用胡克定律和简支梁的挠度方程对弹性系数进行推导; 数值模拟中, 利用ANSYS 软件对流体与结构进行耦合求解, 对不同海流流速、管长、壁厚条件下的立管中点的振幅和频率进行计算; 基于Miner 疲劳损伤累积理论和S-N 曲线对立管疲劳寿命进行计算, 对疲劳寿命的影响因素进行分析.分析结果表明, 在2. 5×10^4≤Re≤2. 5×10^5 范围内, 随着海洋流速的增加, 立管振幅和频率增大, 疲劳寿命缩短; 随着立管长度的增加, 振幅增大, 疲劳寿命缩短; 随着管道壁厚增加, 立管振幅减小, 疲劳寿命延长.研究结果可为立管的疲劳寿命预测与抑振设计提供指导.; 王琳刘昶李玉星胡其会王娅婷; 关键词：涡激振动数值模拟振幅

海洋立管两相流动及管道振动特性试验研究被引量：9: 2016年; 为了识别海洋立管系统中可能出现的各个流型及考察立管系统在各流型作用下的动态响应,利用室内试验装置模拟海洋立管系统,对立管中两相流动压力波动及其引起的管道振动位移进行测试。试验中共观测到7种流型,提取了不同流型下压力波动的时频域特征值和振动响应的时频域特征值。对气液两相流流动特征及其引起的立管振动特性进行对比分析。研究结果表明,可通过时域信号结合功率谱密度特征对立管中流型进行判别;在具有明显周期性的内部流动的激励下,立管的振动频率与内部压力波动频率相等;强烈段塞流Ⅰ、强烈段塞流Ⅲ和水力段塞流对立管振动影响较大,强烈段塞流Ⅰ下立管产生的位移最大,水力段塞流下立管的振动频率最高。研究结果对保证海洋立管的安全运行具有一定的参考作用。; 刘昶李玉星王琳胡其会王权; 关键词：气液混输功率谱密度

空气-水立管系统的严重段塞流瞬态数学模型被引量：4: 2016年; 严重段塞流形成时,空气-水立管系统的压力和管内瞬时流量等参数大幅波动,不仅对下游设备造成冲击,而且容易导致管道剧烈振动等危害,准确计算严重段塞流瞬态流动参数是评估其危害的基础。基于气体、液体连续性方程与混合动量方程建立严重段塞流瞬态数学模型,详述数值积分方法,对立管试验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟,并对模拟结果进行了验证。数值积分中,采用向后欧拉格式进行预报,梯形法校正;采用变时间步长以提高计算效率且保证精度;开展室内试验,并将严重段塞流循环周期、立管底部压力的试验结果与模拟结果进行了对比;将气、液流速和含气率等瞬态流动参数的模拟值与Fluent软件的计算结果进行了对比。结果表明:该数学模型和数值方法能够较好地计算典型严重段塞流的瞬态流动参数,有利于严重段塞流危害的准确评估。; 王琳刘昶李玉星胡其会王娅婷王权; 关键词：严重段塞流数学模型数值模拟瞬态特性

严重段塞流引起的海洋立管振动响应被引量：5: 2017年; 基于改进的严重段塞流瞬态数学模型和平面刚架理论,建立严重段塞流海洋立管耦合振动数学模型,对数学模型进行求解,研究了严重段塞流引起的海洋立管振动响应。数值模拟过程中,采用欧拉法计算严重段塞流流动参数,利用Galerkin法对立管结构动力学方程进行有限元离散,Newmark-β法求解离散方程。为了提高计算效率和精度,采用了变时间步长逐步积分方案。将数值模拟结果与实验数据进行对比,验证了数学模型和数值方法的准确性。对严重段塞流引起的立管系统位移响应、内力和支承力变化进行了深入分析。结果表明:立管系统的振动响应、内力变化规律与严重段塞流的周期性特征密切相关;弹性基础可以极大降低管道结构的振动幅度及内力,尤其是下倾管的弯曲内力;上升管的高频振动幅度较大,轴力和弯曲内力变化也较大。严重段塞流引起海洋立管振动响应的分析对海洋立管设计及其支承防护具有重要的指导意义。; 王琳李玉星李玉星胡其会刘昶王权; 关键词：严重段塞流结构动力学有限单元法数值模拟

基于CFD的海洋立管系统严重段塞流数值模拟被引量：12: 2016年; 利用CFD软件Fluent建立二维全尺寸仿真模型,对立管实验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟研究。模拟方法中,采用液体体积函数(volume of fluid,VOF)法追踪气液界面;将长距离海底管道等效为箱体,以提高计算效率。模拟出了立管系统中的四种流型:典型严重段塞流(SSI)、严重段塞流II(SSII)、过渡流型(SST)和稳定流动;并对这四种流型的模拟结果进行了实验验证。最后,对典型严重段塞流的瞬态流动特性进行了深入分析。结果表明:采用数值模拟方法计算效率高,可准确模拟严重段塞流现象,为长距离立管系统中严重段塞流研究提供了切实可行的模拟方法。模拟工况下,气液喷发的瞬时质量流量可达入口的2.5倍以上,气液平均流速可达入口的4.5倍以上,其瞬态流动特性的分析对严重段塞流危害的准确评估有重要意义。; 王琳刘昶刘昶李玉星胡其会王权; 关键词：严重段塞流计算流体力学数值模拟

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刘昶