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变工况气液段塞流诱导的柔性立管振动响应
被引量:
3
1
作者
高岳
朱红钧
+3 位作者
颜知音
王珂楠
胡洁
许兵
《振动工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2023年第4期1044-1053,共10页
柔性立管广泛用于海洋油气输送,因管内气液两相流压力、密度等的时空变化,易激发立管的振动响应。针对水动力段塞流诱导的柔性立管振动响应问题,在气液两相流循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管模型振动响应测试,...
柔性立管广泛用于海洋油气输送,因管内气液两相流压力、密度等的时空变化,易激发立管的振动响应。针对水动力段塞流诱导的柔性立管振动响应问题,在气液两相流循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管模型振动响应测试,采用非介入高速摄像测试方法同步捕捉了柔性立管模型的振动位移与管内气液两相的流动特征。通过改变段塞流混合流速(0.8~3.0 m/s)和气液比(1.0~11.0),剖析了振幅与振频的时空分布、振动模态切换等振动特性与管内液塞长度、运移速度、流动频率间的内在联系。结果表明:柔性立管模型的振动主要由一阶模态主导,振动模态随时间发生切换,即存在时间上的模态切换,根据其特征,辨识了三种模态切换形式,对实验组次进行了分区。不同的模态切换形式与管内的段塞长度、段塞流动频率以及段塞在管内的分布有关。
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关键词
流致振动
水动力段塞
柔性立管
模态切换
非介入测试
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职称材料
弯曲柔性立管段塞流致振动实验研究
被引量:
1
2
作者
高岳
朱红钧
+1 位作者
颜知音
王珂楠
《动力学与控制学报》
2023年第6期66-71,共6页
随着深海战略的推进,海洋油气开采向深海挺进,越来越多的海洋立管投入使用.因油气输量的变化及海底地形起伏的影响,立管中经常出现气液两相段塞流,段塞流动的周期性变化使立管受到不稳定的流体力作用从而激发振动,造成立管的疲劳损伤....
随着深海战略的推进,海洋油气开采向深海挺进,越来越多的海洋立管投入使用.因油气输量的变化及海底地形起伏的影响,立管中经常出现气液两相段塞流,段塞流动的周期性变化使立管受到不稳定的流体力作用从而激发振动,造成立管的疲劳损伤.本文在气液两相流循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管振动响应测试,利用高速摄像非介入测试方法同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的段塞流动细节,研究了气液混合流速和气液比两个流动参数对柔性立管振动响应的影响,分析了振幅与振频的时空分布、管内液塞长度、压力波动的变化规律及它们间的内在联系.发现固定气液比时,随着混合流速的增大,柔性立管的振幅逐渐增大,但振动模态始终由一阶主导.液塞长度随混合流速的增大变化不明显,但压力波动随混合流速的增大愈发剧烈.固定气液混合流速时,随着气液比的增大,立管振幅逐渐增大,气塞和液塞长度也逐渐增大,进出口压差波动加剧,但压差平均值逐渐减小.
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关键词
柔性立管
段塞流致振动
高速摄像
气液比
混合流速
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职称材料
弯曲柔性立管举升气液两相流时的流固耦合效应研究
被引量:
1
3
作者
高岳
朱红钧
+2 位作者
王珂楠
颜知音
胡洁
《海洋工程》
CSCD
北大核心
2022年第1期39-49,共11页
海洋油气混输时,气液两相流与混输立管之间的双向流固耦合作用机理十分复杂。针对柔性立管与气液两相流的流固耦合响应问题,在气液两相循环试验装置中开展了不同流型两相流流动特性及柔性立管振动响应的测试,利用高速摄像非介入测试技...
海洋油气混输时,气液两相流与混输立管之间的双向流固耦合作用机理十分复杂。针对柔性立管与气液两相流的流固耦合响应问题,在气液两相循环试验装置中开展了不同流型两相流流动特性及柔性立管振动响应的测试,利用高速摄像非介入测试技术同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的流型演变过程,对比了不同流型气液两相流诱导的立管振动响应特性,通过对比固定和振动立管内的气液两相流动特性,辨析了振动对管内两相流动的影响。结果表明:柔性立管中出现了泡状流、泡状—段塞流、段塞流、段塞—搅拌流和搅拌流五种流型,不同流型的气液两相流诱导立管振动的机理不同,在段塞—搅拌流作用时立管的振动响应最剧烈。与固定立管相比,强烈的振动不同程度地改变了气液两相流的流动特性,振动立管中部分两相流流型转变的临界条件有明显地调整,相对而言,振动对搅拌流和泡状流的影响较小。
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关键词
海洋立管
气液两相流
流固耦合
海上油气
流致振动
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职称材料
附加开式平板叶片的圆柱流致旋摆响应数值研究
4
作者
唐涛
朱红钧
+2 位作者
颜知音
王硕
刘红叶
《水动力学研究与进展(A辑)》
CSCD
北大核心
2022年第3期383-392,共10页
该文对Re=150时,附加开式平板叶片的圆柱流致旋摆响应进行了数值模拟,分析了叶片数量(n=1-5)对旋转模式、流场特性和水动力系数的影响。结果表明,结构调稳后,将围绕新的旋摆平衡位置往复摆动,该平衡位置和初始位置之间的夹角与叶片的数...
该文对Re=150时,附加开式平板叶片的圆柱流致旋摆响应进行了数值模拟,分析了叶片数量(n=1-5)对旋转模式、流场特性和水动力系数的影响。结果表明,结构调稳后,将围绕新的旋摆平衡位置往复摆动,该平衡位置和初始位置之间的夹角与叶片的数量有关。模拟发现了三种响应模式:(1)类静止模式(n=2和4),摆幅几乎为零,相较于单圆柱升力减小接近100%。但n=2和n=4的原因不同,n=2时,涡量带呈对称分布,圆柱后方存在更长的回流区;而n=4时,尾涡泄放的位置位于圆柱下游五倍直径处,对近尾迹区的影响小,后端上侧叶片后方出现了较长的回流区。(2)小幅摆动模式(n=1和3),n=1时,叶片旋转到圆柱后方,摆幅为3.723°,尾涡与裸柱没有明显差异;n=3时,前端叶片分割来流,后端两叶片对称分布,结构稳定性增强,摆幅减小为1.498°。圆柱表面的旋涡脱落被抑制,叶片上泄放的旋涡以双排涡的形式向下游迁移。(3)大幅摆动模式,n=5时结构摆幅达到15.575°,前端叶片上分离的边界层再次附着于后端叶片或圆柱,并与后端叶片及圆柱的剪切层共同作用,使得圆柱后方近尾流场更为复杂,旋涡的耗散及合并行为频发。从机械能的捕获角度出发,推荐附加叶片数量为1,此时系统获得较大的摆幅、较高的摆动频率且摆动周期性更强。此外,还以n=2为例,探究了初始位置(α=0-90°)对旋摆平衡位置与摆幅的影响,模拟发现旋摆平衡位置与初始攻角无关。当初始位置与平衡位置重合时,摆幅最小;当二者不重合时,转动引起旋涡不规则脱落,旋涡的融合位置提前,导致了摆幅的增大。
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关键词
流致旋摆
平板叶片
旋摆动能
边界层再附着
原文传递
题名
变工况气液段塞流诱导的柔性立管振动响应
被引量:
3
1
作者
高岳
朱红钧
颜知音
王珂楠
胡洁
许兵
机构
西南石油大学石油与天然气工程学院
天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室
中国石油西南油气田公司天然气净化总厂
海洋石油工程股份有限公司
出处
《振动工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2023年第4期1044-1053,共10页
基金
国家自然科学基金面上项目(51979238)
天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室开放课题(HSSE-2005)。
文摘
柔性立管广泛用于海洋油气输送,因管内气液两相流压力、密度等的时空变化,易激发立管的振动响应。针对水动力段塞流诱导的柔性立管振动响应问题,在气液两相流循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管模型振动响应测试,采用非介入高速摄像测试方法同步捕捉了柔性立管模型的振动位移与管内气液两相的流动特征。通过改变段塞流混合流速(0.8~3.0 m/s)和气液比(1.0~11.0),剖析了振幅与振频的时空分布、振动模态切换等振动特性与管内液塞长度、运移速度、流动频率间的内在联系。结果表明:柔性立管模型的振动主要由一阶模态主导,振动模态随时间发生切换,即存在时间上的模态切换,根据其特征,辨识了三种模态切换形式,对实验组次进行了分区。不同的模态切换形式与管内的段塞长度、段塞流动频率以及段塞在管内的分布有关。
关键词
流致振动
水动力段塞
柔性立管
模态切换
非介入测试
Keywords
flow-induced vibration
hydrodynamic slug flow
flexible riser
mode switching
non-intrusive measurement
分类号
TV131.2 [水利工程—水力学及河流动力学]
P756.2 [天文地球—海洋科学]
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职称材料
题名
弯曲柔性立管段塞流致振动实验研究
被引量:
1
2
作者
高岳
朱红钧
颜知音
王珂楠
机构
西南石油大学石油与天然气工程学院
天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室
中国石油西南油气田公司天然气净化总厂
海洋石油工程股份有限公司
出处
《动力学与控制学报》
2023年第6期66-71,共6页
基金
国家自然科学基金资助项目(51979238)
天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室开放课题(HSSE-2005)
四川省博士后科研项目特别资助。
文摘
随着深海战略的推进,海洋油气开采向深海挺进,越来越多的海洋立管投入使用.因油气输量的变化及海底地形起伏的影响,立管中经常出现气液两相段塞流,段塞流动的周期性变化使立管受到不稳定的流体力作用从而激发振动,造成立管的疲劳损伤.本文在气液两相流循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管振动响应测试,利用高速摄像非介入测试方法同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的段塞流动细节,研究了气液混合流速和气液比两个流动参数对柔性立管振动响应的影响,分析了振幅与振频的时空分布、管内液塞长度、压力波动的变化规律及它们间的内在联系.发现固定气液比时,随着混合流速的增大,柔性立管的振幅逐渐增大,但振动模态始终由一阶主导.液塞长度随混合流速的增大变化不明显,但压力波动随混合流速的增大愈发剧烈.固定气液混合流速时,随着气液比的增大,立管振幅逐渐增大,气塞和液塞长度也逐渐增大,进出口压差波动加剧,但压差平均值逐渐减小.
关键词
柔性立管
段塞流致振动
高速摄像
气液比
混合流速
Keywords
flexible risers
high-speed camera
gas-liquid ratio
mixture flow velocity
slug flow-induced vibration
分类号
O322 [理学—一般力学与力学基础]
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职称材料
题名
弯曲柔性立管举升气液两相流时的流固耦合效应研究
被引量:
1
3
作者
高岳
朱红钧
王珂楠
颜知音
胡洁
机构
西南石油大学石油与天然气工程学院
天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室
海洋石油工程股份有限公司
中国石油西南油气田公司天然气净化总厂
出处
《海洋工程》
CSCD
北大核心
2022年第1期39-49,共11页
基金
国家自然科学基金面上项目(51979238)
天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室开放课题(HSSE-2005)。
文摘
海洋油气混输时,气液两相流与混输立管之间的双向流固耦合作用机理十分复杂。针对柔性立管与气液两相流的流固耦合响应问题,在气液两相循环试验装置中开展了不同流型两相流流动特性及柔性立管振动响应的测试,利用高速摄像非介入测试技术同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的流型演变过程,对比了不同流型气液两相流诱导的立管振动响应特性,通过对比固定和振动立管内的气液两相流动特性,辨析了振动对管内两相流动的影响。结果表明:柔性立管中出现了泡状流、泡状—段塞流、段塞流、段塞—搅拌流和搅拌流五种流型,不同流型的气液两相流诱导立管振动的机理不同,在段塞—搅拌流作用时立管的振动响应最剧烈。与固定立管相比,强烈的振动不同程度地改变了气液两相流的流动特性,振动立管中部分两相流流型转变的临界条件有明显地调整,相对而言,振动对搅拌流和泡状流的影响较小。
关键词
海洋立管
气液两相流
流固耦合
海上油气
流致振动
Keywords
flexible riser
gas-liquid two-phase flow
fluid-structure interaction
offshore oil and gas
flow-induced vibration
分类号
P751 [交通运输工程—港口、海岸及近海工程]
TE58 [石油与天然气工程—油气田开发工程]
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职称材料
题名
附加开式平板叶片的圆柱流致旋摆响应数值研究
4
作者
唐涛
朱红钧
颜知音
王硕
刘红叶
机构
西南石油大学石油与天然气工程学院
中国石油西南油气田公司天然气净化总厂
出处
《水动力学研究与进展(A辑)》
CSCD
北大核心
2022年第3期383-392,共10页
基金
国家自然科学基金(51979238)
四川省青年科技基金(2017JQ0055)。
文摘
该文对Re=150时,附加开式平板叶片的圆柱流致旋摆响应进行了数值模拟,分析了叶片数量(n=1-5)对旋转模式、流场特性和水动力系数的影响。结果表明,结构调稳后,将围绕新的旋摆平衡位置往复摆动,该平衡位置和初始位置之间的夹角与叶片的数量有关。模拟发现了三种响应模式:(1)类静止模式(n=2和4),摆幅几乎为零,相较于单圆柱升力减小接近100%。但n=2和n=4的原因不同,n=2时,涡量带呈对称分布,圆柱后方存在更长的回流区;而n=4时,尾涡泄放的位置位于圆柱下游五倍直径处,对近尾迹区的影响小,后端上侧叶片后方出现了较长的回流区。(2)小幅摆动模式(n=1和3),n=1时,叶片旋转到圆柱后方,摆幅为3.723°,尾涡与裸柱没有明显差异;n=3时,前端叶片分割来流,后端两叶片对称分布,结构稳定性增强,摆幅减小为1.498°。圆柱表面的旋涡脱落被抑制,叶片上泄放的旋涡以双排涡的形式向下游迁移。(3)大幅摆动模式,n=5时结构摆幅达到15.575°,前端叶片上分离的边界层再次附着于后端叶片或圆柱,并与后端叶片及圆柱的剪切层共同作用,使得圆柱后方近尾流场更为复杂,旋涡的耗散及合并行为频发。从机械能的捕获角度出发,推荐附加叶片数量为1,此时系统获得较大的摆幅、较高的摆动频率且摆动周期性更强。此外,还以n=2为例,探究了初始位置(α=0-90°)对旋摆平衡位置与摆幅的影响,模拟发现旋摆平衡位置与初始攻角无关。当初始位置与平衡位置重合时,摆幅最小;当二者不重合时,转动引起旋涡不规则脱落,旋涡的融合位置提前,导致了摆幅的增大。
关键词
流致旋摆
平板叶片
旋摆动能
边界层再附着
Keywords
Flow-induced swinging
Flat blades
Swinging kinetic energy
Boundary layer reattachment
分类号
O353.4 [理学—流体力学]
原文传递
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
变工况气液段塞流诱导的柔性立管振动响应
高岳
朱红钧
颜知音
王珂楠
胡洁
许兵
《振动工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2023
3
下载PDF
职称材料
2
弯曲柔性立管段塞流致振动实验研究
高岳
朱红钧
颜知音
王珂楠
《动力学与控制学报》
2023
1
下载PDF
职称材料
3
弯曲柔性立管举升气液两相流时的流固耦合效应研究
高岳
朱红钧
王珂楠
颜知音
胡洁
《海洋工程》
CSCD
北大核心
2022
1
下载PDF
职称材料
4
附加开式平板叶片的圆柱流致旋摆响应数值研究
唐涛
朱红钧
颜知音
王硕
刘红叶
《水动力学研究与进展(A辑)》
CSCD
北大核心
2022
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