海流引起海底管道悬空的数值模拟

海底管道悬跨将影响管道的安全运营.在海底管道稳定性设计中,需要合理分析具有初始嵌入深度的海底管道产生悬空的物理机制.本文对海流作用下铺设于砂质海床上的海底管道悬空进行了数值模拟.求解不可压缩流体N-S方程,分析了海流作用下管道周围的流场特性,研究了管道两侧的压力分布特性和海床表面剪应力的分布特点.在管道绕流流场分析的基础上,通过对土体渗流方程的求解,得到了管道周围砂质海床内的渗流场以及渗流水力梯度场的分布情况.与海床表面剪应力计算结果进行比较分析发现,管道下方渗流出口处土体的流土渗透破坏将诱导管道发生悬空.     

射线法在多相流相含率测量中的应用及测量误差分析

本文叙及了利用双能γ射线系统测量多相流相含率的基本原理及数学算法.射线系统由同位素241Am和137Cs组成,它们发射出的光子能量分别是59.2keV和662keV.文中提出了三种确定射线吸收系数的方法,并通过实验证明了拟合是最合理的方法.同时,在假定射线吸收系数已经准确确定的前提下,分析了由于射线光子发射的随机性所造成的水和油的测量误差.这种测量方法的优点是在相含率的测试过程中与流态无关.实验结果表明该方法用于测量多相流相含率是可行的.     

复合式油气水分离器研究

油气水的高效分离是陆上和海上油田在油气生产、输送、存储中关注的问题,复合式分离方法是近期的发展方向."十五"期间中国海洋石油总公司与中国科学院重大科技合作项目中列入了该研究课题.本文回顾了自2001年开始的五年来中国科学院力学研究所在新型复合式分离器研制方面开展的研究工作以及取得的进展.首先通过文献总结、专利调研和国内现场考察,提出了集重力、离心、膨胀于一体的复合式分离方法,采用以实验为主,结合数值模拟计算的研究路线.2003年力学所建成了模拟油气水分离的实验装置.2004年对离心和重力膨胀的关键部件--螺旋管、梯型管等进行了不同粘度、不同流速、不同油水配比条件下的油水分离实验.得到了螺旋管回转半径、开孔数量、孔径、方向,T型管垂直管的高度、数量、管径等对分离效果的影响.配合直管和螺旋管的数值模拟,得到了上述重要分离部件的设计准则,然后按工业使用分离器处理量的1/10缩尺比例,2005年设计制造了高效的复合式油水分离器.3月底,长4.5m、宽2.2m、高2.5m,全部由不锈钢制成的样机在力学所安装完毕.在粘度1～1500Mpa s,油水混合液流速变化范围为0.2～1.5m/s,油水配比为10%～90%范围内进行了分离器的实验室样机试验,达到了分离后油中含水率小于1%的当代国际先进水平.目前将设计全尺寸的复合式分离器,用于陆上油田工业现场试验以考核它的最终指标.     

油水分离的数值模拟

本文用数值模拟的方法研究油水混合物在直管和螺旋管中的分离情况.计算使用Fluent大型商用软件,采用Euler-Euler法和Euler模型,求解支配油水分离两相流动的连续方程和动量方程.湍流模型采用多相流中混合型κ-ε模式.基本方程的离散和求解采用SIMPLE算法.计算表明,本文所用方法可以成功地模拟油水两相在直管中受重力作用的分离过程,以及螺旋中受重力与离心力同时作用时的分离过程.     

张力腿平台拉索的疲劳损伤

目前在分析张力腿平台(TLP)疲劳损伤时,通常限定平台只发生小位移,未考虑不利工况下平台发生有限位移的情况.在分析模型中考虑有限大位移后,会引入多种非线性因素,也会使TLP的动力响应明显不同于小位移情况,因此研究TLP有限位移下非线性波浪载荷引起的疲劳损伤十分重要.首先求得随机海浪作用下TLP拉索应力的时间历程曲线,并采用雨流法对其进行计数得到疲劳载荷谱;然后依据Miner累积损伤模型,求得TLP拉索在不利工况下的疲劳损伤;最后对ISSCTLP平台拉索在某海况下进行了疲劳损伤短期计算,并说明TLP拉索疲劳可靠度的计算方法.     

ANSYS中接触单元在正压冲固平台基础承载力计算中的应用

正压冲固平台是一种新型平台.用有限元法进行平台基础承载力分析时,桩土相互关系的处理成为分析的难点之一.本文提出了ANSYS程序中用接触单元处理这种作用的方法,描述了程序使用的具体操作过程,并给出了应用实例.     

高效油气水分离器

本文提出了集离心、重力、膨胀多种分离原理于一体的高效分离器方案和实施途径,介绍了新建成的模拟油气水多相分离的实验装置,和开展的油水重力沉降分离,螺旋管离心分离,T形管气液分离等系列实验.     

气液混输管线间歇流动压降研究

间歇流动是水平混输管线的主要流动形式,压降是两相流动中的关键参数之一,对间歇流动压降进行了详细的实验研究和理论研究.实验工作是利用水-空气和油-空气作为介质在长约30 m、内径分别为50 mm和25 mm的管线上完成的.实验发现液相黏度越大,两相流动压降越大.气相表观速度或液相表观速度的增加都会使压降增大,但增加液相表...     

双能γ射线油气水多相流相含率测量技术研究

主要研究了基于放射性同位素镅(241Am)及放射性同位素铯(137Cs)两种核素的双能γ射线系统,设计制造了一套多通道前放及脉冲成形放大器、可编程脉冲计数式数据采集系统及探测器高压电源系统,推导了双能γ射线测量方程,讨论了双能γ射线测量方程出现线性相关的条件和提高测量精度应采取的测量技术手段.通过实验数据的分析,发现该双能γ射线系统存在明显的测量误差.在进一步分析实验数据的基础上,找到了产生误差的物理原因,即高能级γ射线产生的康普顿散射的影响,并据此引入了相应的测量修正算法,该修正算法明显改善了系统的测量误差,使该双能γ射线多相含率测量系统实现工业应用成为可能.     

海流--管道--海床之间动力相互作用的量纲分析及实验模拟装置研制

海底管道涡激振动和管道周围海床冲刷是海流--管道--海床之间复杂的动力耦合问题.文章应用量纲分析方法对海流、管道与海床之间的动力耦合作用进行了分析,确定了在实验模拟中应遵循的相似准则.在此基础上,研制了一套能模拟海流、海床与海底管道之间相互作用的实验模拟装置.初步实验结果表明文中研制的实验模拟装置能够模拟典型海洋环境下海底管道的涡激振动和管道周围海床冲刷等问题.