内外流作用下深海立管流固耦合效应与力学模型研究
项目介绍
AI项目解读
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
- 项目参与者:田新亮; 孟帅; 鲁佳宝; 张凯; 朱宏博; 王锐; 平焕; 闫亭;
- 关键词:
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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其他文献
非稳定不可压缩流动模拟的改进有限元数值方法(英文)
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- 发表时间:2020
- 期刊:现代预防医学
- 影响因子:--
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改进光滑粒子流体动力学一阶近似的方法
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- 期刊:J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sci.)
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- 发表时间:2018
- 期刊:现代预防医学
- 影响因子:--
- 作者:刘琦琦;袁甜;张梦洁;包艳
- 通讯作者:包艳
其他文献
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- 项目类别:国际(地区)合作与交流项目
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