计及内输流作用的立管涡激振动响应特性研究

为研究内流对输液立管涡激振动响应的影响,基于计及内流作用的海洋立管运动微分方程,结合涡激振动状态下的立管水动力载荷表征方法,引入相位追赶和频率锁定模型,建立计及内流作用的柔性立管涡激振动时域预报方法。结合有限元法和Newmark-β法,实现对内流作用下的立管涡激振动响应的预报。对比均匀流场下的无内流立管预报结果与试验结果,验证该预报方法的可行性和准确性;同时,对不同外流和内流作用下的输液立管涡激振动响应进行预报。着重观测不同工况下的输液立管时空分布图、RMS幅值、主导响应频率和主导模态。结果表明:内输流的存在会使立管涡激振动呈现出更显著的行波现象;涡激振动响应幅值和主导模态随着内流流速的增大而增大。

内输多相流与绕流耦合作用下立管非线性振动

对内输多相流立管在内流与外部绕流耦合作用下的振动响应进行了分析。建立了内部多相流-立管-外部绕流的耦合方程,并采用广义积分变换法(GITT)将偏微分方程转化为常微分方程进行求解。分析得到立管内两相流会引起立管自然频率的降低,管内流速越高,立管越长,两相流作用越明显;立管在内流和外部绕流共同作用下,管内含气量的增加,使立管发生涡激振动的频率降低,振动幅值增加;管内两相流的作用会引起立管在较小的外部流速下发生共振并且会诱发立管发生更高一阶模态的振动;外部绕流流速越高,管内两相流作用越小。