内外流作用下深海立管流固耦合效应与力学模型研究

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基本信息

  • 批准号:
    11772193
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0810.流固耦合力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In the ocean engineering, flexible risers are frequently employed for conveying liquids of oil and natural gas with high temperature and pressure. Consequently, complex internal flows are generated inside of the risers with external fluid load of complicated ocean currents also acting on outside surface of the risers. The combined actions of internal and external flows trigger dynamic responses of high amplitude, which ultimately may causes fatigue damage to the associated risers. However, the multi-fields coupling mechanism for the interactions of internal flow, flexible structure and external flow is still unclear. Motivated by this, the present research will study to establish fidelity numerical model of Fluid-Structure-Interaction (FSI) for the long flexible riser conveying liquids on the basis of the theories of FSI mechanics, computational mechanics, vibration analysis and signal analysis as well. High order discretization schemes for direct numerical simulations (or implicit large eddy simulations) of the newly developed FSI model will also be established. Furthermore, high performance computing with MPI parallelisation and model experiment will be conducted to analyze the vortex-induced vibration and the nonlinear responses of the deep ocean riser conveying liquids to reveal the effects of Reynolds number of internal flow and shear ratios of external flow, as well as the influence of geometrical and material properties on the resonance responses, and finally to clarify the combined mechanisms of internal flow, external shear flow and their coupling with flexible risers. The present research not only has academic significance for developing fundamental theories of FSI mechanics, but also provides a theoretical basis for development and design of novel deep sea oil and gas platforms in South China Sea.
深海油气工程中的细长立管因输送高温、高压原油或天然气而在管内形成复杂内流运动,同时管外经受多变海洋环境引起的外流载荷作用。在内、外流共同作用下,深海立管结构易发生大幅振动响应甚至疲劳损毁。然而,这类内流-结构-外流的耦合效应及力学机理尚不清楚。本项目运用流固耦合力学、计算力学、振动分析和信号分析等理论方法和研究手段,建立内、外流共同作用下的细长柔性管道结构多场流固耦合力学模型,构建直接数值模拟(或隐式大涡模拟)高精度离散格式和数值计算技术。结合高性能并行计算和模型实验,分析深海输流管道涡激振动及其几何非线性动力响应特性,揭示内流雷诺数、外流剪切率,以及结构几何属性与材料性能参数对共振响应特征的影响机理和规律,阐明内流效应、剪切效应和流固多元耦合效应。本研究成果对发展流固耦合力学基础理论有显著学术意义,亦为我国深海油气工程中输油立管设计和安全运行提供力学依据和技术支撑。

结项摘要

深海油气工程中的细长立管因输送高温、高压原油或天然气而在管内形成复杂内流运动, 同时管外经受多变海洋环境引起的外流载荷作用。在内、外流共同作用下,深海立管结构易发生大幅振动响应甚至疲劳损毁。然而,这类内流-结构-外流的耦合效应及力学机理尚不清楚。 本项目运用流固耦合力学、计算力学、振动分析和信号分析等理论方法和研究手段,建立了内、 外流作用下的细长柔性管道结构流固耦合力学模型,构建了直接数值模拟(或隐式大涡模拟)高精度离散格式和数值计算技术。结合高性能并行计算和模型实验,分析了细长管道涡激振动及其非线性动力响应特性,揭示了内流雷诺数、外流剪切率,以及结构几何属性与材料性能参数对振动响应特征的影响机理和规律,阐明内流效应、剪切效应和流固多元耦合效应。本研究成果对发展流固耦合力学基础理论有显著学术意义,亦为我国深海油气工程中输油立管设计和安全运行提供力学依据和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(29)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Airfoil optimization to improve power performance of a high-solidity vertical axis wind turbine at a moderate tip speed ratio
翼型优化以提高高强度垂直轴风力发电机在中等叶尖速比下的功率性能
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2018.02.115
  • 发表时间:
    2018-05-01
  • 期刊:
    ENERGY
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Ma, Ning;Lei, Hang;Chen, Caiyong
  • 通讯作者:
    Chen, Caiyong
Flow-induced transverse vibration of an elliptical cylinder with different aspect ratios
不同长径比椭圆柱的流致横向振动
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2020.107831
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Kushwaha Vijay;Narakorn Srinil;Hongbo Zhu;Yan Bao;Dai Zhou;Zhaolong Han
  • 通讯作者:
    Zhaolong Han
Three-dimensional wake transition in the flow over four square cylinders at low Reynolds numbers
低雷诺数下四个方形圆柱体上流动的三维尾流转变
  • DOI:
    10.1063/1.5129744
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Zhang Yuhang;Wang Rui;Chen Yaoran;Bao Yan;Han Zhaolong;Zhou Dai;Ping Huan;Fu Shixiao;Zhao Yongsheng
  • 通讯作者:
    Zhao Yongsheng
四方柱绕流的三维不稳定模态发展
  • DOI:
    10.13774/j.cnki.kjtb.2020.06.001
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    科技通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张宇航;王锐;韩兆龙;周岱;包艳
  • 通讯作者:
    包艳
Vortex-induced vibrations of two mechanically coupled circular cylinders with asymmetrical stiffness in side-by-side arrangements
并排布置的两个具有不对称刚度的机械耦合圆柱体的涡激振动
  • DOI:
    10.1016/j.jfluidstructs.2020.102995
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Fluids and Structures
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Ding Chenwei;Srinil Narakorn;Bao Yan;Zhou Dai;Han Zhaolong
  • 通讯作者:
    Han Zhaolong

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  • 发表时间:
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    陈思
Reg3β干扰载体的构建及在H9C2心肌细胞中的鉴定
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    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    医学研究杂志
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  • 作者:
    易波;蔡玉立;李俊峰;包艳;陈小琳;文重远
  • 通讯作者:
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包头市蒙古族儿童脂联素基因多态性与单纯性肥胖的关联研究
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  • 作者:
    刘琦琦;袁甜;张梦洁;包艳
  • 通讯作者:
    包艳

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内外流作用下复杂几何结构流致振动高保真模型和实验研究
  • 批准号:
    11911530170
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    10 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目

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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

        graph TD
          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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