弹性支承输液管道的临界流速

建立了求解输液管道临界流速的新方法，该方法把奇异函数与傅立叶级数相结合，将此问题转换成的实矩阵的二次特征值问题。本方法可用于任意弹性支承的输液管道，支承位置可在两端也可在两端之间。     

三参量固体模型粘弹性输液管道的动力特性分析

推导了三参量固体模型粘弹性输流管道的振动微分方程，计算了在不同无量纲松弛系数和弹性常数比下管道的无量纲临界流速和无量纲自振复频率，并给出了前三阶复频率与流速的关系。计算结果表明，质量比，无量纲松弛系数及无量纲弹性常数比对输流管道的动力特性均有影响。     

天然气管道裂纹稳定扩展问题的分析模型和最小二乘法解答

应用最小二乘法求解了模拟天然气管道裂纹稳定扩展问题的等效染模型，。在Ｗｉｌｌｉａｍｓ等效梁模型的基础上，通过管道裂纹后部截面开裂后变形协调条件。补充了弹性地基对于等效梁的作用，推导出梁的分析模型，并应用最小二乘法求得了裂纹驱动力和位移的解答。其结果与Ｌｅｅｖｅｒｓ所给出的不考虑弹性地基对于梁的作用结果比较，改进了梁模型的计算精度，使裂纹驱动力成为合理的有限值，与已有的试验结果吻合较好。     

Study on fluid-structure interaction in liquid oxygen feeding pipe systems using finite volume method

The fluid-structure interaction may occur in space launch vehicles,which would lead to bad performance of vehicles,damage equipments on vehicles,or even affect astronauts’ health.In this paper,analysis on dynamic behavior of liquid oxygen (LOX) feeding pipe system in a large scale launch vehicle is performed,with the effect of fluid-structure interaction (FSI) taken into consideration.The pipe system is simplified as a planar FSI model with Poisson coupling and junction coupling.Numerical tests on pipes between the tank and the pump are solved by the finite volume method.Results show that restrictions weaken the interaction between axial and lateral vibrations.The reasonable results regarding frequencies and modes indicate that the FSI affects substantially the dynamic analysis,and thus highlight the usefulness of the proposed model.This study would provide a reference to the pipe test,as well as facilitate further studies on oscillation suppression.     

浅埋高压输气管道爆炸地面振动的原型试验与数值模拟研究

针对浅埋高压输气管道爆炸产生的地面振动效应,采用现场试验结合数值模拟的方法展开研究。组织实施了全尺寸天然气管道爆炸试验,掌握了高压输气管道爆炸地面振动的量级范围以及衰减规律。经试验数据分析得到,埋地高压天然气管道爆炸造成的地面振动主要产生于物理爆炸过程中,随后发生的天然气爆燃过程并未产生明显的地面振动。基于非线性有限元程序 LS-Dyna建立了高压输气管道爆炸试验计算模型,计算结果与试验现象吻合较好,验证了模型参数设计的合理性。进一步分析了管道爆炸瞬间管内气体-管壁-土体的相互作用机理、应力分布以及裂纹扩展规律。由计算结果分析得到,管道开裂是由于内部高压气体推动管壁向两侧扩展在裂纹尖端处形成了应力集中,管壁冲击土体的速度可达50 m/s,冲击产生的塑性状态向远处传播逐渐衰减为弹性应力波,即形成了地面振动效应。研究成果揭示了高压气体管道爆炸地面振动的主要成因,可为爆炸事故振动预防提供理论参考和技术支持。     

清管载荷作用下输气管道安全落差研究

山地天然气管道局部落差和坡度大,在清管过程中易在清管器冲击载荷作用下发生屈曲和应力超限.基于有限元方法研究了考虑管-土耦合作用的大落差管段清管过程非线性动力学特征,分析了清管器运行速度、管道坡度、清管器-管内壁间摩擦系数对管道受力和位移的影响,得到了不同坡度、摩擦系数条件下极限清管运行速度和最大高程差.结果表明:清管器...     

垂直管道中密相两相流动的解析解

本文依据文献[1]的密相两相流动的数学模型,对垂直圆管中密相两相流动进行了解析求解,分别得到了连续相和分散相的速度解析表达式.在相间阻力与相间速度差成比例时,除了在离管壁面很近的薄区之外,管道流动规律与达西渗流定律完全一致.本文验证了文献[1]的密相两相流动数学模型的假定在本文情形下是合理的.     

基于弯矩修正法的浅水区海底直铺管道允许悬跨长度计算

海底管道悬空问题是管道工程建设中经常遇到的重要问题,当管道的悬跨长度达到一定值时,管道较容易失稳,而悬空油气管道失稳破坏导致的后果往往非常严重,因此需要对悬空的海底管道进行定期的维护和处理,但由于海上作业难度大,针对悬空管道的治理成本非常高,因此可考虑对处于悬空但在安全允许悬空范围内的管道暂时不进行加固,此时就需要计算管道的允许悬跨长度,为管道的治理提供依据。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道的悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。本文考虑浅水区波浪的非线性影响,推导得到浅水区波浪场内任意一水质点的水平流速和竖向流速计算公式,并根据该公式和Morison方程,进一步建立了管道悬跨水动力载荷的表达式,最后基于弯矩修正法,提出浅水区平铺海底管道允许悬跨长度计算公式。根据工程实例,结合本文研究,计算得到该工程所在海区平铺管道允许悬跨长度。     

柔性管内油水环状流流动结构数值模拟

海洋中柔性管道受到外界猛烈撞击,撞击物的不同会导致管道内流道结构发生不同的改变.为探寻流道结构变化对环状流动结构的影响规律,采用N-S方程和湍流模型描述流体运动,用VoF模型与CSF模型追踪油水界面,建立数值方程与分析模型,分析流道不同形式的结构变形、不同程度变形和不同流速下油水环状流在管内的湍动能和漩涡结构演变,及环状流流型的演变和压力场的演变.分析结果表明:凹陷变形程度越大,漩涡的强度及面积越大,V形变形影响远大于○形变形影响,环状流的流型发生改变时仍然保持着水相包裹油相的稳定状态,最大压缩区域的油水界面压强也随之增大,且增速变大.所得结论对研究油水环状流在柔性管道运输中的稳定性具有一定指导意义.      

MPS -DEM 方法数值模拟超长管道固液混输流动

近些年来,深海矿产开发成为热点,其中涉及的固液混输问题逐渐引起学者的关注。如矿粒在海床上的输运,涉及水平管道的输运问题;矿粒从海床输运到海上浮式建筑物,涉及垂直管道的输运问题;矿粒在不同倾角管道内的输运,涉及倾斜管道的输运问题。对于该类问题,由于流体和固体之间的物理差异较大,对于固液两相往往采用不同的数值处理方法。本文使用MPS-DEM耦合方法模拟管道内的固液混输运动。用MPS方法模拟管道内流体的运动,用DEM方法追踪管道内颗粒的运动。在管道的进出口使用周期性边界条件,将多段管道之间进行拼接,从而实现了对超长管道内高雷诺数的颗粒输运现象的模拟。最后,分析管道颗粒和流场的速度及粒子分布等信息,分析流动特征。得到的结果会为超长管道内固液混输现象的研究提供一些借鉴意义及参考价值。