气液混输管线严重段塞流影响下的涡激振动机理研究

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1、中图分类号：TE95单位代码：11414学号：2013214008题目气液混输管线严重段塞流影响下的涡激振动机理研究学科专业机械工程研究方向现代机械设计方法与理论硕士生邱盼指导教师段梦兰教授入学时间：2013年9月论文完成时间：2016年5月硕士学位论文独创性声明郑重声明：本硕士学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的

2、个人和集体，均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。－＇作者签名：日期：ｉｌ■导师签名：ｎ期：（））硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版？，允许学位论文被査阅和借阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或

3、部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限ｉ年，解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意一，且须以中国石油大学（北京）为第署名单位。＇作者签名：ｉＢＲ期：ｂｌｐ．：ｊｖｎｆｆｌ导师签名：ｙ〇ｉＬ（，１）－－１摘要摘要随着我国经济的快速增长和陆上石油资源的逐渐开发殆尽，越来越多的国家和地区正在面临着能源短缺的问题，与此同时海洋石油的开发逐渐进入到人们视野中。海洋石油的开采必然离不开将海底原油集输到海洋平台的立管装

4、置，当油田开采进入到后期时，气液质量流量较小，立管-倾斜管系统中容易形成堵塞气相进入立管的液塞，最终形成严重段塞流，导致立管内部压力急剧上升进而引起立管强烈振动。本文从立管-倾斜管装置严重段塞流出发，考察严重段塞流对海洋环境下立管涡激振动特性的影响规律。首先，利用等效方法将三维立管-倾斜管装置系统等效成二维管道系统，节省大量计算资源，利用ANSYS中流体动力学模块单元Fluent模拟八个不同气液质量流量下的倾斜管-立管内部四个监测点的压力变化。发现当气相折算速度为0.136m/s条件下，随着液相折算速度的增加，管道系统中最大压

5、力与最小压力之差逐渐攀升；在同一气相折算速度条件下，随着液相折算速度的增加，但管道中的压力差随之减少。同一气相折算速度条件下，随着液相折算速度的增加，严重段塞流周期时间逐渐减小，形成严重段塞流所需时间更少。其次，利用ANSYS中流体动力学计算单元CFX考察圆柱绕流升力系数和阻力系数变化规律并与经典的绕流理论进行对比，得出所建数值模型的准确性。同时计算八个工况下的涡激振动特征规律，得出不同外流流速下的涡激振动升力系数、阻力系数和Y轴方向振动规律。最后，利用GITT广义积分变换法考察严重段塞流影响下的涡激振动参数变化规律，得出了八

6、个不同外流流速下的涡激振动参数特征规律。利用疲劳累积理论Miner计算严重段塞流和涡激振动影响下的立管疲劳使用寿命，为海洋气液混输立管设计和使用提供理论指导。关键词：倾斜管-立管；严重段塞流；涡激振动；疲劳寿命-II-中国石油大学（北京）硕士学位论文MechanismresearchofVIVundertheinfluenceofsevereslugginginpipelinewiththegasandliquidmixturetransportationABSTRACTWiththegradualdevelopmentofC

7、hineseeconomyandtherapidgrowthofconsumptionofpetroleum,moreandmorecountriesandregionsarefacingthechallengeofenergyshortage.Thenmoreandmorepetroleumcorporationconcentrateonexploitingoffshoreoilfield.ThemarineriserareimportantequipmentofExploitationofOffshorePetroleum

8、.Whenoilfieldexplorationgrowsintotheadvancedstagewhichhaslowliquidandgasflowrates,thenitiseasytoformliquidslugintheinclinedtubewhichcanblo