基于FPSO压载水系统管路支架整体水锤效应分析

合理分析管系的水锤效应,对管系的安全性、经济性都有着十分重要的意义。目前对水锤效应的研究往往只考虑流体与管道之间的作用情况,忽略了管系中管道与支架的整体性。为更加准确的计算管系水锤效应发生界面的水锤压力大小,以某深水通用性FPSO管道支架参数为基础,设计了一种易于简化计算的管系模型,通过对比分析仅考虑管道内流体、考虑管道内流体与管道耦合以及管道内流体与管路支架整体系统双向流固耦合时,水锤效应的情况。结果表明,仅考虑管道内流体、考虑管道内流体与管道耦合时,对水锤压力大小影响不大。当管道内流体与管路支架整体系统双向流固耦合时,计算结果有较为明显的降低（在计算工况下降低约6.06%）,其原因在于管道支架在水锤效应发生时,产生了一定的变形（在计算工况下最大位移为0.0472 m）。     

水锤冲击时管路系统流固耦合响应的特征线分析方法研究

本文以Wiggert 和Hatfield[3]的特征线分析方法为基础,研究管路在水锤冲击下考虑泊松耦合时流体和结构的瞬态响应.推导了分别对应于管中流体压缩波和管壁中纵波的特征关系式和相容方程,并联合采用空间插值和显式时间插值进行数值求解.针对经典的水锤压力冲击的算例,将边界和初始条件离散化,编制了MATLAB程序进行计算,获得管道中流体压力和流速及轴向应力和振动速度的时程曲线,计算结果与理论分析相当吻合.根据计算结果,提出了对于实际管路设计和水锤防护有益的结论.鉴于特征线法本身的优势,有望在管路系统抗冲击设计分析和防护研究中得到进一步的应用.     

供油船燃油加注系统驳油管路水锤特性及防护

供油船燃油加注系统在进行燃油调驳的过程中,由于管道阀门的快速闭合、突然停泵,会导致驳油管道内产生正、负压交替的压力波动,对管路和阀件造成较大的水锤冲击.文章基于Flowmaster仿真软件对管路中的关阀水锤现象进行瞬态分析,研究了关阀水锤的影响因素,并提出了加入空气阀的水锤防护措施.     

支管布置方式对输液管路压力脉动影响的试验研究

用实验方法研究不同支管布置方式的输液管路压力脉动问题。对于输液管路模型系统,测取3种流速28种支管布置方式下3个端面上各测点压力脉动信号,通过对压力脉动信号的分析,研究不同支管角度及支管位置对管内流体的影响。     

泵阀调水系统管路冲击特性试验研究

通过不同水舱之间的调水是船舶系统中常用的浮力和姿态调整方式,通常采用水泵作为动力,通过阀门开关、切换实现不同水舱之间的调水。流体管路系统中,在阀门启闭过程中,可能出现"水锤"现象,对系统造成严重的危害。以某船舶泵阀调水系统为基础,通过台架试验研究调水过程中阀门启闭速度与管路压力波动之间的关系,实现系统技术参数的优化。结果表明,阀门启闭速度适当降低,有助于消除"水锤"效应。     

基于AFT-Impulse的FPSO生活水系统水锤防护设计

针对FPSO生活水管网系统输水距离长、管路弯曲多,以及阀门启闭频繁,极易引起管路水锤现象,致使管网系统安全运行风险增大的问题,以某FPSO生活水系统为例,结合生活水管网系统特性及水锤现象产生的机理,运用动态流体分析软件AFT-Impulse,开展水锤影响因素分析,明确水锤现象的主控因素;建立FPSO生活水系统模型,基于...     

气动移水水力过渡过程仿真研究

气动移水方式因其系统管路简单方便操作,在航空、船舶、化工等领域都有广泛应用.然而在完成移水阀门关闭过程中存在剧烈水锤冲击,对系统存在较大的危害.本文通过对典型的2个水箱间气动移水的瞬态阀门启闭过程进行仿真,详细分析了阀门操作时间、供气压力以及操作阀门位置对系统水锤的影响.根据仿真结果可知,在适当控制关阀时间和供气压力的基础上,操作远离供水水箱的阀门可有效降低系统水锤冲击压力,抑制水锤对系统的破坏.     

气动移水水力过渡过程仿真研究

气动移水方式因其系统管路简单方便操作,在航空、船舶、化工等领域都有广泛应用。然而在完成移水阀门关闭过程中存在剧烈水锤冲击,对系统存在较大的危害。本文通过对典型的2个水箱间气动移水的瞬态阀门启闭过程进行仿真,详细分析了阀门操作时间、供气压力以及操作阀门位置对系统水锤的影响。根据仿真结果可知,在适当控制关阀时间和供气压力的基础上,操作远离供水水箱的阀门可有效降低系统水锤冲击压力,抑制水锤对系统的破坏。     

基于Fluent的输液管路压力波动仿真

流体压力波动是管道系统产生异常振动与噪声的主要根源之一。为了研究输液管道不同工况下的压力波动特性,利用计算流体动力学软件Fluent,对其内部流场进行三维非定常数值模拟,并分析在不同转速和背压工况下管路不同位置的压力波动特性。通过数值分析发现:管内流体的压力波动主要是由泵的周期性吸排作用引起,而且随着输液泵转速的增加而增加;管道不同位置的压力波动大小不同,在弯管密集处压力波动相对较大。最后利用实验验证了仿真模型的有效性。本文对于管路设计和振动治理有一定指导作用。     

响应谱法与时程法在管道水锤分析中的对比研究

水锤是输流管道中经常发生的现象,由于阀门操作不当或设备突然停车引起的水锤极易引起管道的振动,造成设备及支架的破坏,严重影响管道系统的正常运行。文章运用CAESAERⅡ软件,对管道中的水锤现象分别采用响应谱法和时程分析法进行分析。结果表明:响应谱法有利于对振动响应过大模态的精确控制,时程法能精确求解时间历程内各时刻系统的整体响应。为全面分析水锤对管道应力的影响提供了一个研究思路。     

圆弧型贯底式防波堤防浪效果的解析研究

给出了圆弧型贯底式防波堤防浪效果计算的解析方法.假定防波堤刚性、薄壁、不透浪,水深恒定.假想存在一个圆柱面,把流场划分为内外区域,在每个区域上将速度势用特征函数展开,然后在它们的公共边界上进行匹配,匹配的原则是公共边界上速度连续,压力连续,从而可得到关于未知系数的一组线性代数方程组,解出未知系数,即可求得流域中任意一点的速度势和波高.数值结果给出了不同入射波波长及防波堤所对不同圆心角时防波堤周围波幅的等高线图.结果表明:圆弧型贯底式防波堤具有很好的防浪效果,通常情况下,掩护区域内的波高仪为入射波波高的20%～50%,对于短波,甚至可降到10%.     

船艏底部砰击压力概率预报方法研究

在Ochi概率统计方法的基础上探索一种适合于非常规船型船艏底部砰击压力的概率预报方法。该方法在时域中计算船舶在波浪中的运动响应,基于Msc.Dytran计算砰击压力系数,在此基础上采用蒙特卡罗法对砰击压力的概率特性进行预报。分析了砰击时的船波相对速度和波面倾角对压力系数的影响。研究结果表明,船舶在静水和波浪中的砰击压力特性有很大差异,在波峰与波谷处发生砰击时产生的砰击压力大于在波面其它位置产生的压力值,相对速度对砰击压力系数的影响在波面不同位置呈现出不同的特点。     

SWT方法在内部充水弹性球壳散射的应用

采用Sommerfeld-Watson变换(SWT)方法研究了内部充水弹性球壳的散射,应用绕数积分求根方法在频率域复平面和波数域复平面求解环绕波的频散方程。比较了弹性球壳在内部真空和内部充水两种情况下环绕波相速度曲线和衰减曲线,结果表明内部流体负载使得相对于内部真空情况有大量流体环绕波产生,相邻流体环绕波相速度曲线的"排斥"现象是明显的,流体波向周围媒质的再辐射作用在其相速度接近内部真空球壳弹性环绕波相速度的时候达到局部极值。用镜反射波和环绕波的叠加合成反向散射形态函数,与简正级数解符合良好。     

航道尺度对波高分布的影响

港口建设中进港航道的开挖对于波浪的传播有重要的影响。根据物理模型试验的结果,对波浪在航道区域的传播规律进行探讨,分别阐述波浪入射角、航道水深、航道宽度对波浪传播变形的影响。当波浪小角度入射时,航道中心比波高随着传播距离的增长而减小,在两侧边滩形成较大波高带。波浪人射角度较大时,易在航道迎浪侧产生波能集中,在背浪侧波高减小。此外,航道水深增大使得在一定长度范围内航道的折射作用增强。另一方面,宽深航道对于波浪在航道边坡的折射作用较窄浅航道更为显著。根据试验,同时分析了各航道尺度对港内区域波高分布特征的影响。研究成果对港口航道工程的规划设计具有指导意义。     

带横隔板开孔沉箱所受波浪力的研究

研究了斜向波与无限多开孔沉箱的相互作用。依照结构物的几何形状,整个流域被分成无限多个子域,在每个子域内应用特征函数展开法求解速度势。对于沉箱内的波浪运动,引入相位差概念;同时,在构造反射波模型时,考虑了结构物的几何形状影响。进行了数值试验,分析了开孔沉箱水平波浪力及横隔板受力特点,详细讨论了波浪入射频率、入射角度、相对消浪室宽度及开孔影响系数对开孔沉箱波浪力的影响。     

海洋悬空管道非线性振动稳定性分析

以海洋悬空管线为研究对象,根据海洋悬空管道的主要特征,将海洋悬空管道简化为两端简支梁力学模型．涡激升力简化为简谐荷载。在考虑管道非线性因素下,建立悬空管道的横向振动方程,并采用谐波平衡法对方程求解。可得出洋流涡激作用下海洋悬空管道横向振动失稳的双尖点突变模型,由此导出悬空管道失稳条件。根据失稳条件分析发现．海洋悬空管长度对稳定性影响起主导作用,并在假定其他条件不变的情况下,分析影响悬空管道稳定性的因素和悬空段临界长度之间的关系。分析结果表明：随着外流流速、管内流流速、管内压强的增加,悬空管道的临界长度减小：随着材料弹性模量、管外直径的增大．悬空段的临界长度增加：其他影响因素相比较而言可以忽略．     

管壁不连续对管路中传播的弯曲波的隔离

采用梁弯曲振动的运动方程来求解管壁中传播的弯曲波,然后用传递矩阵的方法得出了弯曲波在通过管壁不连续段后的透射系数矩阵。利用边界条件,分析了管壁材料不连续段及其在管路中的布置情况对弯曲波透射系数的影响,并得出了如下结论:作为管路不连续段的铜管、铝管和挠性胶管都可以对管路中传播的弯曲波起到隔离作用,但它们也都有可能使振动放大。这与频率、边界条件和管路不连续段的布置密切相关;对极低频弯曲波的隔离是十分困难的,甚至是不可能的;管路不连续段的布置情况、管路边界条件(即支撑情况)和频率应当是管路隔振设计中需要特别注意的因素;挠性胶管在可以起隔离作用的条件下能够取得比铜管和铝管更低的透射系数和更大的位移补偿。     

基于高阶边界元法和波浪交互理论的三维相邻多浮体问题研究

在解决三维相邻多浮体的水动力问题时,正确处理各浮体之间的相互作用是分析计算的关键所在。文章分别运用高阶边界元法和波浪交互理论对一个由箱型浮体组成的三维多浮体问题进行求解,通过对比分析浮体所受波浪力和水下表面压力分布结果,验证两种方法计算结果的精确度,研究该模型的水动力特点;并通过改变各浮体之间的距离,寻求波浪交互理论在求解三维多浮体问题中的适用性,对该方法在浮体间距不满足限制条件时的计算结果进行解释。     

鱼雷海水管路的流体力学分析

管路系统的辐射噪声在军事上已成为衡量现代鱼雷总体先进程度的重要标志之一。针对鱼雷海水管路脉动压力大、引发辐射噪声显著的特点,本文利用流体力学(CFD)软件进行分析,得出流体速度与管壁压力随入口流量的变化规律,总结了引起脉动压力变化的原因。理论分析和仿真实验结果表明:管路设计中应避免使用弯管,减小压力脉动。     

超大型浮体结构考虑非线性项的波浪力响应计算

为求解超大型浮体结构波浪响应问题,将其简化成弹性梁板模型。以有限元软件为基础来建立超大型浮体结构的弹性梁板模型,在势流理论的基础上,将速度势分解为入射势、绕射势和辐射势三部分,并利用格林函数法推导出一阶、二阶波浪速度势的表达式。以此为理论基础,编制了相应的计算程序来计算浮体结构所受到的二阶波浪力,最后建立了梁板模型的水弹性响应方程,对非线性波浪力作用下的浮体结构的水弹性响应进行求解分析,并分析了波向对响应振幅的影响。