【摘要】：隨著陸上石油資源的日益減少，開發(fā)深海石油資源成為世界各國的共識，而深海開發(fā)的最關(guān)鍵技術(shù)就是石油立管。隨著水深的增加，立管的振動幅值越來越大，流固耦合作用越來越劇烈，深水立管的渦激振動問題已經(jīng)成為各國學者研究的熱點。本文采用ANSYS-CFX軟件對低質(zhì)量比和高質(zhì)量比細長圓柱體的渦激振動進行了模擬，分析了質(zhì)量比的大小對圓柱體渦激振動特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)兩者在相同流速，相同約化速度下的兩向運動的振動頻率，運動軌跡和漩渦脫落的形式明顯不同，主要結(jié)論如下： 在約化速度從1到10的范圍內(nèi)，作用在低質(zhì)量比圓柱體上的拖曳力頻率是升力頻率的兩倍,順流向振動頻率是橫向振動頻率的兩倍；順流向振動頻率等于拖曳力頻率，橫向振動頻率等于升力頻率；這和傳統(tǒng)的渦激振動理論保持一致，即響應頻率等于荷載頻率。分析表明，圓柱體中部的運動軌跡以8字形為主；在約化速度為1,2,3,時，渦泄以2S模態(tài)為主；當約化速度為4,5,6,7渦泄模態(tài)為2P模態(tài)；當約化速度為8,9,10時，基本上觀察不到明顯的漩渦泄放模態(tài)。 在約化速度為1,2和3時，作用在高質(zhì)量比圓柱體上的拖曳力頻率是升力頻率的兩倍，順流向振動頻率是橫向振動頻率的兩倍；順流向振動頻率等于拖曳力頻率，橫向振動頻率等于升力頻率；圓柱體中部的運動軌跡以8字形為主。當約化速度為5時，圓柱體順流向振動頻率和橫向振動頻率相同，都等于作用在圓柱體上的升力頻率，這和傳統(tǒng)的渦激振動理論明顯不同；而且圓柱體中部的運動軌跡為橢圓形。當約化速度為4,6和7時，順流向振動頻率既不是橫向振動頻率的兩倍，也不和橫向振動頻率一致；但是橫向的振動頻率一直等于升力頻率；運動軌跡比較混亂，8字形和橢圓形軌跡夾雜在一起。約化速度為8,9和10時，圓柱體的順流向振動頻率和橫向振動頻率一致，都等于2.0Hz，既不等于拖曳力頻率也不等于升力頻率，而是接近圓柱體的固有頻率，圓柱體中部運動軌跡以橢圓形為主。整個約化速度區(qū)間，渦泄模態(tài)都是規(guī)則的2S模態(tài)。 本文的創(chuàng)新之處體現(xiàn)在：在同一流速和約化速度下，能夠?qū)Ρ确治龈叩唾|(zhì)量比圓柱體的渦激振動特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了順流向振動頻率等于橫向振動頻率和圓柱體的運動軌跡為橢圓，這兩個新的理論現(xiàn)象，為進一步研究細長圓柱體的渦激振動特性提供了一定的參考依據(jù)。
【圖文】：

濟的快速發(fā)展，對能源的需求越來越多，而且陸上油使用速度，對于全世界的石油和天然氣人類只能用幾類多，數(shù)量大，，并且海域廣大，渤海和南海的能源資天然的能源基地。在二十一世紀，世界海洋經(jīng)濟將奪能源的戰(zhàn)爭，更加重視海洋石油的開發(fā)。石油儲量分布不均，而且儲量低，油氣的質(zhì)量也差，氣的消耗很大，大部分油氣依賴進口，嚴重阻礙經(jīng)濟需求越來越大，國家更應該開發(fā)海洋石油資源，原因，有很多極具潛力的深海油氣勘探領(lǐng)域[1]，但是由于油氣開發(fā)主要集中在近海，圖 1-1 顯示了我國的油和珠三角地區(qū)資源豐富且需求量也很大，因此急需充，滿足經(jīng)濟發(fā)展對能源的需求。

源開發(fā)發(fā)展迅速，美國墨西哥灣的石油開發(fā)就是最好的例子[2]：早在 1990灣地區(qū)的深水區(qū)域生產(chǎn)了不到 4%的石油和不到 1%的天然氣，但是截至到 2，深水海域已經(jīng)出產(chǎn)了 30%的天然氣和 60%的石油。巴西、西非以及北海周區(qū)由于地理優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，其深海油氣資源勘探與開發(fā)發(fā)展較早，取得了的成就,圖 1.2 顯示了我國深海資源勘探開發(fā)的過程，圖 1.3 顯示了在我國深海油氣資源的主要工程裝備和各種平臺。相對而言，由于我國長期對海洋視程度不夠，導致對海洋資源的開發(fā)還處在初級階段，尤其是對于深海領(lǐng)域的較少，這些年在不斷地提高。隨著經(jīng)濟實力的增強和科學技術(shù)的發(fā)展，我深海領(lǐng)域的油田勘探取得了一定的成績。至今為止，我國鋪設(shè)管線的最大水 330 米，鉆探水深最大達到 505 米，已經(jīng)勘探開發(fā)油氣田最深處水深達到[3]。
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P756.2

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本文編號：2707223