脉动内流-立管-外流漩涡脱落流-固耦合系统的非线性动力学特性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51209161
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1101.海岸工程与海洋工程
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

Marine risers are the main connect equipments between floating platforms and the wells at the seabed, they simultaneously undergo multiple environmental loads, the dynamic response is very complicate. More recently, with the increasing interest in worldwide deep-water petroleum production,the application of large length risers and high-power pumps make the fluid transported inside the riser has a large pulse. Excited simultaneously by internal pulsating fluid and the vortex shedding due to external flow, the dynamic characteristics of marine risers become more and more intricate. Up to now, it is deficient in understanding this issue in engineering fields and the academic circles. The present research project will study the nonlinear dynamic characteristics of the Fluid-Structure Interaction (FSI) system consisting of internal pulsating fluid-marine riser-external vortex shedding mainly by experiment investigation, supplemented by theory analysis and numerical simulation. The special nonlinear vibration phenomena(such as jump, multiple equilibrium solutions, subharmonic resonance, superharmonic resonance, bifurcations and chaos etc) of marine riser conveying internal pulsating fluid will be explained, the significant influences of some key parameters(mean velocity of internal pulsating fluid, amplitude of the internal fluid velocity fluctuation, frequency of the internal fluid velocity, velocity of external flow, drag force and top tension etc) on theses nonlinear phenomena will be illustrated, the aim of present research project is to supply the theory knowledge and engineering methods for marine risers vibration control and design.
海洋立管是连接浮式平台和水下井口的关键设备,一般承受多种海洋环境载荷作用,其动力响应十分复杂。特别是近年来深海油气开发步伐的加快,大长度立管和大功率泵的应用,导致立管内部输运的流体在流动时产生较大的脉动。脉动内流与外流漩涡脱落共同激励下,海洋立管动力学特性变得更加丰富和复杂。目前,工程界和学术界对该问题的理解和研究还存在诸多不足。本项目拟以实验研究为主,理论分析和数值模拟为辅的研究手段,分析脉动内流-立管-外流漩涡脱落流-固耦合系统的非线性动力学特性,揭示海洋输流立管非线性振动所特有的现象(如跳跃、多解、亚谐共振、超谐共振、分岔、混沌等),探寻多种参数(脉动内流平均流速、脉动幅值、脉动频率、外流流速、水动力阻尼、张紧力等)对其动力学特性的影响机理,为海洋输流立管的振动控制和工程设计提供科学的理论依据和工程实用方法。

结项摘要

海洋立管是连接浮式平台与水下井口的关键装备,它的主要作用是隔绝海水和输送内部流体介质。深海环境下海流的经过会诱发立管后缘发生涡激振动,导致结构的疲劳破坏。漩涡脱落激励下的输流管道是一个典型的非线性流-固耦合系统,属于涡激振动-自激振动-参激振动联合作用的振动问题,至今工程界和学术界对此仍无法完全理解和彻底掌握,围绕输流管道动力学特性的研究一直是海洋工程领域重要的前沿课题。本项目以张紧式海洋输流管道为研究对象,开展了输流管道纯顺流向涡激振动研究、探究了漩涡脱落激励下输流管道非线性动力学特性,并设计完成了倾斜圆柱结构涡激振动实验,取得了系列重要研究成果,包括:(1) 提出了刚性圆柱纯顺流向涡激振动预报模型,并发现在第一、第二不稳定区内,圆柱结构纯顺流向涡激振动存在临界质量比;(2) 构建了预报柔性圆柱结构纯顺流向涡激振动的预报模型,并分析了纯顺流向涡激振动特性;(3) 开展了倾斜柔性圆柱涡激振动实验,发现了较大的倾角条件时倾斜圆柱涡激振动的不相关原则不再适用。上述研究的开展及成果的获得可为海洋输流管道的工程设计和振动控制提供必要的理论和技术支持,具有重要的理论价值和工程意义。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
The prediction on in-line vortex-induced vibration of slender marine structures
细长海洋结构的同轴涡激振动预测
  • DOI:
    10.1007/s10409-012-0098-3
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Acta Mechanica Sinica
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Xu Wan-Hai;Gao Xi-Feng;Du Jie
  • 通讯作者:
    Du Jie
Prediction of streamwise flow-induced vibration of a circular cylinder in the first instability range
第一不稳定范围内圆柱体流向流激振动的预测
  • DOI:
    10.1007/s13344-012-0042-0
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    China Ocean Engineering
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Yu Jian-xing;Du Jie;Cheng An-kang;Kang Hao
  • 通讯作者:
    Kang Hao
Flow-induced vibrations of two side-by-side circular cylinders: Asymmetric vibration, symmetry hysteresis and near-wake patterns
两个并排圆柱体的流动引起的振动:不对称振动、对称磁滞和近尾流模式
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2015.10.028
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Weilin Chen;Chunning Ji; Rui Wang; Dong Xu; Jorda
  • 通讯作者:
    Jorda
非对称管-土边界的海底悬跨管道涡激振动特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    地震工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐万海;谢武德;高喜峰;任钟书
  • 通讯作者:
    任钟书
圆柱结构顺流向第一不稳定区内涡激振动的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    水动力学研究与进展A辑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐万海;许晶禹;吴应湘
  • 通讯作者:
    吴应湘

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其他文献

圆柱顺流向涡激振动响应及流体力特征分析
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    --
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45°大倾角倾斜柔性圆柱涡激振动不相关原则实验验证
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐万海;谢武德;高喜峰;马烨璇
  • 通讯作者:
    马烨璇
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    栾英森
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐万海;罗浩;孙海
  • 通讯作者:
    孙海

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极端海洋环境下水中悬浮隧道结构灾变机理与可靠性研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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