海上油船燃烧爆炸研究

油船已成为运输石油能源的重要运输方式。为了研究海上油船的燃烧爆炸机理,采用Fluent软件模拟船舱在不同温度下燃烧爆炸规律,探究燃烧爆炸压力变化。结果表明:油舱内初始温度越高,油舱内爆炸的最大压力越大。     

三种精神融入日常工作,安全监管茂名30万吨单点新输油管道铺设

正2016年6月至2017年5月间,全国首座最大的海上单点原油接卸系统——茂名30万吨单点系泊设施进行海底管道更换工程,更换的海底管道的管径为全国最大,是茂名辖区前所未有的近海大型水上水下施工作业项目。2016年6月至2017年5月间,全国首座最大的海上单点原油接卸系统——茂名30万吨单点系泊设施进行     

北非某码头原油装船管路系统水锤防护设计

基于AFT Impulse软件对原油装船管路系统进行停电工况和火灾工况下的水锤模拟,根据计算结果进行合理的防护设计。结果表明,在停电工况下,所有的输油泵停止运转,此时产生的最大水锤波压力小于管道设计压力,无爆管危险。但为避免最小瞬态压力低于原油饱和蒸汽压,可对输油泵进行联锁控制,依次延时停泵。在火灾工况下,停泵的同时关闭所有ESD阀和PERC阀,此时管路中的最大水锤波压力大于管道设计压力,需安装水锤消除器降低水锤波压力,以保证管道的安全运行。     

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.     

水下爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟研究

运用AUTODYN程序对水下爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟研究.首先模拟了无限水域中的水下爆炸冲击波,然后将深水爆炸简化为一维问题,采用一维方法对深水爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟,并将模拟结果与经验公式和实验结果进行了比较.模拟结果表明,AUTODYN能准确模拟近场水下爆炸冲击波和深水爆炸气泡脉动过程,计算得到的近场水下爆炸冲击波峰值压力和比冲量、水质点速度、气泡最大半径、脉动周期、二次压力波的峰值压力和比冲量等特性参数均与经验公式、理论公式和实验结果吻合良好.远场的冲击波峰值压力的计算值小于经验值,而且计算误差随着爆距的增加而增大.最后总结了模拟结果,得出了对工程应用有益的结论.     

液体散货码头工艺管道水击分析

在液体散货码头运营过程中，会因水击压力过大导致管道破裂从而引发码头火灾或爆炸。结合工程实例，对码头管道水击现象的成因及危害进行分析。采用水击计算公式及专业软件数值模拟，得出了码头工艺管道在不同工况下的水击压力值，进而提出了防止码头管道产生水击破坏的预防措施。     

G4135柴油机燃烧过程数值模拟的研究

采用三维CFD软件,以G4135直喷式柴油机为对象,运用多维燃烧模型,对缸内燃烧过程进行数值模拟。计算了不同曲轴转角下的气体速度、压力、温度、氧气浓度和碳烟浓度等,计算所得数据与相关文献相吻合。结果表明FLUENT所提供的燃烧模型可以作为预测柴油机缸内燃烧的一种有效手段,并为进一步研究同类型柴油机的燃烧性能提供了依据。     

海底悬跨管道在内流影响下的动力响应研究

海底管道是海洋油气工程的重要组成部分.如何保障海底管道的安全是设计和研究人员十分关心的问题之一.本文结合工程实际情况,应用有限元数值模型的耦合计算探讨了内流对海底悬跨管道动力响应的影响.针对水平输油悬跨管道,采用三维弹性动力学方程模拟管道,内部流体采用层流模型.通过在流固边界上反复迭代,进行管道及其内部流体系统的三维流固全耦合计算,得到管流耦合系统的固有频率,并与其它频率计算方法的计算结果进行了比较.同时对冲击载荷和波浪载荷作用下,不同流速内流对海底管道动力响应的影响进行了计算和比较分析.     

隔水板桩与海底管道下方土体渗透破坏的对比分析

隔水板桩和海底管道地基土体的渗透破坏是两个典型的工程失效问题.分别对隔水板桩地基和具有一定嵌入深度的海底管道下方土体渗流场进行有限元模拟分析.结果表明,板桩地基渗流场的最大水力梯度出现在板桩最下部,其值在接近板桩底部的很小范围内显著增大.而海底管道在海流作用下的地基渗流场则呈现不同的变化规律,水力梯度最大值出现在上下游的管道与海床表面接触处.将隔水板桩地基渗流的计算结果与理论解进行了比较分析.参考计算得到的海床地基渗流场最大水力梯度的位置及渗透力方向特点,推导得出了海底管道下方海床发生渗透破坏的临界水力梯度表达式.     

基于AUTODYN的气泡与固定壁面相互作用数值模拟

阐述了AUTODYN软件模拟水下爆炸气泡的原理及过程,通过球对称模型以及重力场中气泡的实验数据与AUTODYN计算结果的对比,验证其在计算气泡脉动时间和压力等方面的计算精度,并以此为基础研究近壁面水下爆炸气泡的动力学特征以及影响因素,包括无量纲距离对气泡形状的影响,固壁面对气泡最大半径、脉动周期和射流时间的影响,以及近固壁面气泡射流速度及压力的变化等,总结相关规律,为气泡的数值模拟研究提供参考。     

天然气发动机曲轴箱爆炸模拟及分析

为了验证船用天然气发动机曲轴箱的设计强度能否承受最恶劣爆炸工况下的超压,利用CFD计算软件对曲轴箱内燃料-空气混合气体爆炸后果进行了数值模拟。现有的CFD计算方法普遍采用等效气体云模型,其中最新的Q9模型能够综合考虑气体膨胀率和层流燃烧速率对爆炸后果的影响,应用广泛。然而在曲轴箱等高拥塞度受限空间内发生的气体爆炸,火焰传播猛烈且燃烧状态复杂,对于这种情况采用Q9模型来进行模拟会造成结果的不准确,为此基于荷兰应用科学院(TNO)多能法在现有模型的基础上推导了适合曲轴箱内爆炸模拟的等效气体云模型。通过与试验数据的验证对比发现,新模型在高拥塞度较小容积受限空间中的计算结果精度较高,误差在20%以内,且混合气体越接近理想状态(化学计量浓度),该模型的计算精度越高。以某典型船用天然气发动机曲轴箱为例,采用新的等效气体云模型计算了最恶劣爆炸工况下曲轴箱内的超压分布,并导入有限元软件进行了强度评估。评估结果表明：曲轴箱内最大应力的位置发生在结构强度较弱的油底壳处,应力峰值为361.257MPa,油底壳采用Q235材料,该应力已超过其许用应力,该部分结构无法承受最恶劣爆炸工况下的超压,因此如不安装防爆阀,需在设计时对曲轴箱油底壳结构进行适当加强。     

基于CFD的固液两相流管道压力数值研究

管道排沙时泥沙和水组成的固液两相流在管道中流动时会挤压管道进而对管道产生压力,管道压力大小和分布受到管道布局、入口流体流速、泥沙浓度以及管道内径的影响。利用计算流体力学CFD软件,对不同情况下管道内部流场进行了数值模拟,得到了管道内部压力场分布。结果表明:管道转角凸壁面压力在管道整体压力最大,管道最大压力随着水流、含沙率和管道转角的增大而增大,随着管道内径的增大而减少,因此工程中在满足排沙效率情况下应尽量减少水流流速、增加管道管径和合理地减小管道转角从而降低管道排沙过程中的最大静压力。     

船舶输水管系统振动特性试验研究

针对船舶输水管道系统振动问题进行研究,建立了实验模型,研究了管道振动机理,分析了影响管道振动的因素,运用有限元分析技术对管系进行了模态分析,利用传递矩阵法,计算出流体在管道中的共振频率,对实验管道系统进行了压力、振动测量,得出其功率谱图,并对管道系统的振动、压力脉动信号进行了检测处理,分析管道振动的原因。应用分析的结果指导船舶管系优化设计,给出设计管系的合理步骤和方案。主要考虑各段管道的长度、弯头角度、不同支承条件、液体压力等因素对管道振动的影响;同时分析各种防振、减振措施。     

海底振动管道局部泥沙冲刷数值研究

文章基于迎风有限元方法,对流动方程和泥沙输运方程进行求解,建立起振动管道与泥沙冲刷的耦合运动模型。模型中通过SST k-ω湍流模型对湍流效应进行模拟;管道振动和海床变形引起的不确定边界通过ALE方法进行实时追踪;模型考虑了悬移质输沙率以及推移质输沙率对底床变形的影响作用。数值模型首先与其他已发表的数据进行了比较,表明文章所建立的振动管道局部冲刷程序能够对冲刷深度进行较为准确地预测。文章利用所建数值模型进一步对海底振动管道局部冲刷问题开展了数值研究。相关数值分析结果表明:相对于固定管道的情况,管道振动对局部冲刷有较大的影响作用,管道的振动使管道局部最大冲刷深度增大,管道后方冲刷范围变宽,最大冲刷深度位置后移。     

基于非线性有限元法的海底管道剩余强度研究

考虑腐蚀海底管道材料非线性及几何非线性特点,基于塑性失效准则,采用非线性有限元法建立腐蚀海底管道剩余强度模型,以此预测腐蚀海底管道失效压力。基于非线性有限元法的计算结果,与失效压力准则法进行对比,分析腐蚀缺陷长度、深度、角度及腐蚀位置对失效压力的影响规律。     

气液物性参数对严重段塞流特性影响研究

针对海底油气传输常见的下倾管—立管系统严重段塞流问题,采用严重段塞流形成条件一致的等效原则,发展了一种将三维流动转化为二维的数值模拟方法,仿真结果与相关的以水和空气为流动介质的实验结果吻合较好.在此基础上,利用该方法研究气液物性参数对严重段塞流的影响,分别选取水、原油和煤油为液体介质,甲烷和空气为气体介质,对管道内出现的严重段塞流进行数值模拟.研究发现,液体粘性、密度和表面张力对严重段塞流的流动过程、周期、压力波动、含气率和液塞速度均有显著影响,而气体物性变化对严重段塞流的影响较小.文中研究有助于深入揭示物性参数对严重段塞流的作用,同时也为评估不同海底油气田的严重段塞流危害提供了理论支持.     

海底输气管道泄漏风险定量分析

由于海底管道工作环境的恶劣性,其失效概率较高,一旦发生泄漏事故,后果严重．本文以某一海洋平台周围海底输气管道为背景,运用海洋工程领域风险评估软件NEPTUNE对不同破损情况下天然气泄漏扩散的情况进行了模拟,计算了泄漏气体点燃概率,预测了泄漏天然气爆炸事故的危害半径,其分析结果对海底管道油气泄漏扩散范围的预测及油气点燃概率计算方法的研究具有一定的参考作用．     

考虑应变强化效应海底管道极限承载力研究

文章基于线性强化材料模型,推导了轴向拉力作用下海底管道极限弯矩承载力解析解,给出了海底管道在轴向拉力与弯矩载荷同时作用下的极限承载力的近似解,编制了海底管道极限承载力计算程序BCP。通过与实验结果的比对,验证了解析方法的正确性。结论表明考虑应变强化效应的海底管道极限承载力结算结果更为合理,该文可为海底管道的结构强度设计和安全性评价提供一定的参考依据。     

不同水深和铺设条件下海底管道受坠物锚击损伤的研究

锚击是引起海底管道损伤和失效的重要原因。为探索锚击作用对海底管道的损伤规律,进行了锚击试验和数值模拟,考察管道铺设条件和水深对海底管道机械损伤的影响。数值模拟与试验数据吻合良好,在预测损伤趋势上保持一致。分析结果表明:随着坠落高度的增加,管道的凹陷损伤程度增大;管道凹陷深度和撞击点附近弯曲应变随着沙土厚度及水深的增加而降低,但降低趋势有所减缓,并逐渐趋于平稳;沙土层与硬土层相比可降低管道的损伤程度;在距撞击点50 cm范围内,管道会发生塑性形变。     

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.