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.     

模拟PID控制器对平台分离器段塞的控制

考虑到混相输送极易在管道的立管段形成严重段塞流,影响管道和下游油气水处理设备的正常工作,造成巨大的经济损失,利用OLGA多相流瞬态模拟软件对海底管道进行段塞流预测,并通过OLGA软件模拟PID控制器对严重段塞流的自动控制。结果表明,利用PID控制器能够有效进行严重段塞流的控制,推荐在管道设计时应用OLGA软件先进行段塞流的预测,再通过OLGA软件进行PID控制系统的参数设计。     

J型铺管船法铺管强度影响因素研究

建立了J型铺管船体与系泊系统/管道的计算模型,并对铺管船体及系泊系统/管道进行了完全时域耦合数值模拟,分析了在不同安装预张力、不同方向波浪入射下管道的受力及强度,给实际铺管作业提供了技术参考。     

海洋平台立管系统的三维动态响应仿真研究

海洋平台立管是其生产系统的主要组成部分,立管系统的动力学特性直接影响生产平台的稳定性和安全性,针对海洋平台立管系统动态响应特性的数值分析显得尤为重要。本研究以凝集参数时域分析法对海洋平台立管系统进行三维仿真模拟,用四阶Runge--Kutta法进行积分求解,分析惯性坐标系下海洋平台立管系统的动态响应。     

海洋平台压缩机管系气流脉动分析

在开发海上天然气资源过程中,压缩机管道振动会造成管道结构疲劳破坏、计测仪表失真或损坏等严重的危害,而气流脉动是导致往复式压缩机管系振动的根本原因。对气流脉动产生的原因进行简要分析,并根据转移矩阵法,在得到各管系单元的转移矩阵的基础上,采用MATLAB编程设计压缩机管系气柱固有频率的预报系统,对一段复杂管系的气柱固有频率进行计算,将其与试验值相对比,验证该预报系统的可靠性。采用Bentley PULS XM软件对某海洋平台的部分压缩机管道系统进行压力脉动计算,并将计算结果与规范要求相比较,对其管道系统的不合理的部分进行优化。     

海洋立管涡激振动的数值模拟研究

利用计算流体力学软件CFX分别对刚性和柔性立管的涡激振动进行了二维数值模拟.首先在雷诺数为200时,采用不同的湍流模型,计算了刚性立管的升力系数(CL)和阻力系数(CD).与其它文献结果的比较表明,大涡模拟(LES)在计算精度上要优于其它湍流模型.然后分别计算了不同约化速度下立管的升、阻力系数、漩涡脱落频率以及无因次振幅,分析了流固耦合对立管涡激振动的影响,得到了升阻力系数随雷诺数的变化规律以及“锁定(Lock-in)”现象发生的约化速度范围.     

地埋管换热器的数值模拟研究

文中阐述了地埋管换热器数值模拟研究中将要涉及的一些传热理论,并根据这些理论建立出单根U型地埋管换热器的数值模型。再结合上海地区工程实例模拟了地埋管换热器与周围土壤的换热过程,通过分析不同条件下的地埋管换热器四周温度场的分布情况,总结出土壤导热系数、孔隙度、每米孔深的平均放热量以及地下水的渗流速度对四周温度场的影响。     

重庆菜园坝长江大桥脉动风荷载模拟

数值模拟方法的风速时程曲线在桥梁结构风振分析中被广泛采用。基于自然风特性．通过考虑结构节点间的风速时程相关性，采用谐波合成法模拟了重庆菜园坝长江大桥脉动风速时程。对模拟结果统计分析表明：谐波合成法可有效地模拟具有空间相关性、时间相关性的节点脉动风速时程，模拟精度、速度和计算稳定性均满足实际工程应用要求。     

文丘里管对洗涤塔流场影响的数值模拟

为了研究文丘里管对洗涤塔内部流场的影响，利用Fluent软件分别对文丘里U型塔与普通U型塔的内流场特性进行数值模拟，为洗涤塔的结构优化提供依据。结果表明：文丘里管对洗涤塔速度场、温度场以及压力场影响较大；文丘里U型塔内反应温度较低，有利于气液之间高效反应；文丘里U型塔流场在高负荷下分布更加均匀，“冲壁”现象减弱；文丘里U型塔压力损失始终高于普通U型塔，并且在文丘里管中，喉部与渐扩段压力损失较高，约占文丘里管压力总损失的87%。     

混输管线段塞流分析

段塞流是混输管线流动保障中遇到的最严重问题之一。随着水深加大,其严重性也随之增加,影响到下游工艺设备的正常操作,甚至引起生产关断,因而在制定油气田前期开发方案时须要统筹考虑。分析了段塞流的产生机理,并分项阐明生产段塞、地形段塞和清管段塞等管线的段塞流情况,以及为降低段塞流对生产设备的影响而采取的措施。根据南海某项目具体情况,利用OLGA软件进行分析,对各种工况下的段塞流提出了解决方案。     

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。     

LNG船液舱晃荡的数值模拟

随着海上液化天然气开采和卸载的发展，LNG船非充满舱的晃荡问题已成为一个重要的研究课题。基于流体体积（VOF）法描述晃荡流场的自由面，结合动网格技术，建立了适合不同几何形状的液舱晃荡数值模拟的计算方法。首先针对二维矩形舱和三维立方体舱及薄膜型舱进行了计算，并将相关的横向力、波高和压力曲线与试验结果作对比，吻合较好，验证了此法的可行性和有效性。然后，对三种不同类型的LNG液舱模型（球形舱、圆柱形舱和薄膜型舱）分别进行了系统的晃荡数值计算与分析，将三者的力、力矩、压力计算结果以及自由液面形状进行了比较分析。结果表明，三种液舱模型在晃荡过程中的结果和现象十分类似，通过对液舱在晃荡过程中的受力和舱室容积的综合衡量，作为一种LNG船的新型舱室，圆柱形舱室是很有发展前景的。     

柴油机扩压长支管定常流动特性数值模拟与试验研究

采用数值模拟与试验手段进行了轴对称柴油机扩压长支管的定常流动特性研究，对扩张角为6°、10°、15°扩压长支管的研究表明：进出口面积相同的扩压长支管，随着扩张角度的增大，由于截面速度畸变逐渐严重，直至分离及回流发生，而使扩压管的通流特性、扩压特性性能变差。     

双体船湍流脉动压力激励水下辐射噪声预报研究

利用大涡模拟技术,对某双体船模型及实船进行湍流脉动压力的数值模拟,并将计算结果作为输入,采用声学有限元法对双体船实船水动力噪声进行了预报。数值模拟结果表明计算与试验数据吻合良好,能够有效地模拟双体船航行时船体周围的湍流脉动压力分布。此外,以湍流脉动压力为输入,通过声学有限元法得到的双体船水下辐射噪声在高频段与以往的统计能量法趋于一致,而在低频段的结果高于统计能量法,可以更加合理地预报双体船的水动力噪声。     

基于谐波平衡法的喷水推进器流场数值模拟

喷水推进压力脉动是与其振动噪声密切相关的水动力性能,主要是由转子与定子相互作用引起的。压力脉动的数值模拟主要采用非稳态方法,计算消耗巨大。为此,将谐波平衡法引入压力脉动的数值计算,以某后置导叶型喷水推进泵为对象,通过与瞬态数值模拟结果相比较,发现谐波平衡法适用于喷水推进泵非定常压力脉动的数值计算。当谐波平衡法的阶数n达到5时,计算所得的流场、脉动力与瞬态计算结果一致。数值计算工作量相当于2n+1个稳态计算量,远小于非稳态计算的工作量。     

剪切流下海洋立管涡激振动的三维数值模拟

对1根长为9.68 m的三维海洋立管涡激振动现象进行流固耦合模拟,立管的长径比为482,来流为剪切流。通过在立管长度方向上施加一固定的顶部预紧力,来更好地控制立管变形。三维粘性、不可压缩流体场采用非稳态的N-S方程和k-ω湍流模型进行三维CFD数值模拟,固体场采用基于三维实体单元的有限元方法进行模拟,通过一种新的方法 System Coupling实现流-固耦合交界面的数据交换。模拟结果与均匀流模拟结果相似,反映了多模态的振动特性,说明这种方法有一定的可行性。立管脱落呈现多种涡结构模式,稳定后呈"2S"。立管出现大的非对称弯曲变形现象,介于1阶模态和2阶模态之间转换,最终锁定在2阶模态。     

大跨度悬索管桥动力特性及风振响应分析

通过建立有限元模型，利用谐波合成法得到脉动风速时程样本，分析悬索管桥体系的动力特性以及管桥体系在风荷载作用下的动力响应，指出悬索管桥各构件对体系动力特性的影响及在时程荷载作用下的响应特点。     

深水半潜式平台钢悬链立管提升过程模拟分析

针对国内首个半潜式生产平台的钢悬链立管（steel catenary riser,SCR）的安装过程进行研究，给出了适用于半潜式平台的SCR张力转移、提升和就位方案。结合浮式平台和立管布置特点，给出立管提升系统锚链下放点初步位置，并用数值方法对SCR张力转移、提升和就位过程进行模拟。在空管和注水两种工况下给出了SCR顶部张力、立管与旁通最小净距以及立管顶部的倾角，进一步验证了论文提出的安装方案的可行性，同时给出了立管提升系统需要的最大张力，为保障海上施工现场安全提供技术支持。     

驳船升沉与横荡运动下的海洋立管动力响应

以水面驳船的升沉和横荡运动作为立管上端上端的激励条件，选用“皮尔逊-莫斯科维奇”海浪谱，用Morison方程估算作用在立管上的流体动力，立管上端与驳船连接处作允许任意弹性旋转固定假设，用有限元法进行空间域离散，并用中心差分法对立管的动力响应进行了系统时域模拟。     

水润滑艉管轴承磨损机理分析及结构设计

某电力推进试验平台艉轴出现下沉,并伴有振动噪声过大现象;试验方遂对平台进行拆检,发现艉管后轴承磨损严重,经测量,艉管轴承磨损量超出设计使用范围。文章针对此磨损现象进行了研究分析,通过水润滑艉管轴承承载校核、水润滑艉管轴承润滑特性数值计算等方法分析艉管轴承过度磨损机理,最后制定解决方案,重新对水润滑艉管轴承进行了选材与结构设计,有效提高了试验平台艉管轴承的可靠性与使用寿命。