摘要: 采用数值方法分析管道结构－ 外部流体相互耦合效应对管道输送过程中管道自由端偏移的影响。调查中充分考虑管道结构－ 流体耦合效应，流体域与结构域通过拉格朗日－ 欧拉公式表述。以垂直悬臂提升管道为研究对象，应用有限元软件ADINA 对其外部流体－ 管道结构进行流固耦合特性研究。研究结果表明: ① 管道上端不论是采取固接还是铰接支撑，外部流场以不同速度冲击管道时，整个管道偏移变化不明显，在同一流速下对管道偏移变化较为显著的地方集中在管道自由端，最大偏移则出现在自由端顶点处; ② 管道上端无论是固结还是铰接，随着管外流体速度增加，X 方向最大偏移的增量总是小于Y 方向最大偏移的增量; 而X 方向的最小偏移变化量则大于Y 方向相应偏移; ③ 同一流速冲击下，固结时Y 方向的最小偏移略大于铰接时Y 方向的最小偏移，且两者在外部流速为0． 3 m/s 时出现极大值。
垂直悬臂提升管道在输送固液两相流过程中，管道( 固体) 为弹性体，受到内外流体作用，流体的作用引起管道壁发生变形或运动，管道的变形或运动又反过来改变流场形态，从而改变流体流动状态，流动状态的改变又会影响管道的运动和变形，管道与流体之间的这种相互作用，在不同约束支撑下将产生多种形态各异的流固耦合现象［3］，即管道与流体之间强非线性耦合作用。以往学者大多对水平输送、固定支撑、弹性支承( 多点) 等管道进行研究［4 － 7］，对于一端支撑垂直提升管道振动研究较少，更没有研究具有升沉补偿装置的铰接支撑情况下输送过程的流固耦合作用下管道的动态特性［13 － 14］。
深海采矿硬管输送系统上端采用升沉补偿装置悬挂在海面采矿船的平台上，下端通过中间舱、软管与海底集矿机相连。如图1 所示。由于采矿船的纵摇、横摇、拖航以及集矿机行走运动的相互作用，以及波浪、海流的作用，扬矿硬管已不可能保持垂直位移，管道下端将产生较大偏移。本研究基于深海采矿扬矿硬管受到海流冲击情况下，充分考虑管道－ 流体流固耦合效应，计算并分析了硬管在不同海流阻力作用下的偏移特性。研究这个偏移特性的目的有二: ① 为设计出合理的升沉补偿装置提供设计依据; ② 精确预测集矿机作业的合理区域，从而为控制系统提供原始依据。
······
沪公网安备 31011702000137号 
营业执照
微信
新浪微博