摘要：严重段塞流形成时,空气-水立管系统的压力和管内瞬时流量等参数大幅波动,不仅对下游设备造成冲击,而且容易导致管道剧烈振动等危害,准确计算严重段塞流瞬态流动参数是评估其危害的基础。基于气体、液体连续性方程与混合动量方程建立严重段塞流瞬态数学模型,详述数值积分方法,对立管试验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟,并对模拟结果进行了验证。数值积分中,采用向后欧拉格式进行预报,梯形法校正;采用变时间步长以提高计算效率且保证精度;开展室内试验,并将严重段塞流循环周期、立管底部压力的试验结果与模拟结果进行了对比;将气、液流速和含气率等瞬态流动参数的模拟值与Fluent软件的计算结果进行了对比。结果表明:该数学模型和数值方法能够较好地计算典型严重段塞流的瞬态流动参数,有利于严重段塞流危害的准确评估。

摘要：大尺寸的立管涡激振动三维数值模拟的代价大, 计算效率低, 为此, 采用一种基于弹簧-质量模型的等效二维模型, 通过二维数值模拟求解三维问题中管道的振幅和频率, 进而对立管疲劳寿命的影响因素进行分析.二维模型中, 应用弹簧-质量模型, 利用胡克定律和简支梁的挠度方程对弹性系数进行推导; 数值模拟中, 利用ANSYS 软件对流体与结构进行耦合求解, 对不同海流流速、管长、壁厚条件下的立管中点的振幅和频率进行计算; 基于Miner 疲劳损伤累积理论和S-N 曲线对立管疲劳寿命进行计算, 对疲劳寿命的影响因素进行分析.分析结果表明, 在2. 5×10^4≤Re≤2. 5×10^5 范围内, 随着海洋流速的增加, 立管振幅和频率增大, 疲劳寿命缩短; 随着立管长度的增加, 振幅增大, 疲劳寿命缩短; 随着管道壁厚增加, 立管振幅减小, 疲劳寿命延长.研究结果可为立管的疲劳寿命预测与抑振设计提供指导.