【摘要】：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,目前國內(nèi)外對能源的需求仍呈逐年上升趨勢。面對陸地資源已探明儲量不足、開采難度大的嚴(yán)峻現(xiàn)狀,蘊藏著豐富能源資源的海洋勢必會成為今后世界各國能源開發(fā)與利用的主要途徑。隨著油氣開采逐步向深海推進(jìn),對深海平臺及其配套設(shè)備的設(shè)計與優(yōu)化已經(jīng)成為了當(dāng)今海洋工程領(lǐng)域相關(guān)學(xué)者們的研究熱點之一。深海立管是深海油氣鉆采平臺的重要組成部分。在外部載荷以及管內(nèi)油氣的共同作用下,相鄰立管之間可能會發(fā)生碰撞,這會嚴(yán)重影響立管的使用壽命甚至可能引發(fā)次生災(zāi)害。本文旨在揭示復(fù)雜工況、海況下深海立管碰撞動力響應(yīng)特性的內(nèi)在規(guī)律,以期能為今后深海立管系統(tǒng)的設(shè)計與改進(jìn)提供參考和依據(jù)。本文總結(jié)了立管碰撞分析的基本理論和研究方法,并研究了立管間相互碰撞的內(nèi)在機(jī)理及誘因。采用Fluent軟件模擬了串列雙立管的靜止繞流過程,并分析了立管間距、雷諾數(shù)和立管直徑比等因素對立管運動以及繞流特性的影響,從而得到了尾流遮蔽效應(yīng)及渦激振動誘導(dǎo)立管碰撞的具體作用機(jī)理。采用ABAQUS軟件模擬了立管間的局部碰撞過程。總結(jié)了可能對立管碰撞特性產(chǎn)生影響的敏感性因素,對不同參數(shù)條件下的深海立管分別在理想環(huán)境以及外部水環(huán)境中的碰撞響應(yīng)特性進(jìn)行了對比分析,并以此研究了水動力耦合作用對立管碰撞的影響。此外,考慮到深水立管的實際受力情況,本文還嘗試采用ABAQUS/CAE中的Co-execution耦合分析方法研究了立管與管內(nèi)流體之間的流固耦合相互作用,為今后立管碰撞理論的進(jìn)一步完善奠定了基礎(chǔ)。最后,基于數(shù)值模擬和回歸分析,提出了四因素三水平的立管碰撞響應(yīng)面分析方法。采用Design-Expert軟件的BOX設(shè)計,對立管的非線性碰撞過程中的碰撞力峰值、碰撞應(yīng)力峰值和最大徑向位移等三個試驗指標(biāo)進(jìn)行回歸分析并分別建立了二次響應(yīng)面回歸模型。通過將響應(yīng)面分析所得最優(yōu)化解與有限元計算結(jié)果的對比,最終驗證了本文響應(yīng)面分析方法及所得模型的準(zhǔn)確性。
【圖文】：

正弦值和余弦值，如下式(2-12)-13)中的畢達(dá)哥拉斯方程得到。cosiiizl ， siniiixl 1ix ，i i 1iz z z ，2i i l x

中國計量大學(xué)碩士學(xué)位論文對于不可壓縮的粘性流體，其運動規(guī)律可用 N-S 方程來進(jìn)行描述，，其連續(xù)性方程和動量方程分別為：0jjux (2-32) 1i ij ij i j ju puu ut x x x x (2-33)式中，i, j =1,2,3； ρ 表示流體的密度；υ表示流體運動粘性系數(shù)。計算域長和寬分別為 1.6m 和 0.8m；左側(cè)設(shè)為來流入口，來流速度為0.01m/s；右側(cè)為出口。當(dāng)研究立管間距對串列立管繞流的影響時，兩直徑均取0.02m。計算域模型建立完畢后，進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，本文采用三角形的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。下圖 2.6 和 2.7 為立管間距為 2d 時的網(wǎng)格劃分情況。
【學(xué)位授予單位】：中國計量大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE95

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本文編號：2594959