有限元软件和fluent软件在海底管道研究中的应用.pdf
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1、第 4 4卷第7期 2 0 1 5年 7月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 4 4N O 7 J u l y,2 0 15 有 限元软件和 F L U E N T软件 在海底管道研究中的应用 安利姣 ,马贵阳 , ( 1 辽宁石油化工大学,石油天然气工程学院,辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 ; 关 越 ,常方圆 2 中国石油集团东南亚管道有限公司马德岛管理处,北京 1 0 0 0 0 0) 摘 要:有限元分析是一种现代计算的方法,其发展历程可追溯结构力学这一学科,管道受力的分析方面 具有
2、广泛应用。F L U E N T软件广泛应用在工业工程中,在石油领域有较强的市场竞争力 ,在管道内流体流动 、 热传递方面具有广泛应用。介绍有限元软件和 F L U E N T软件的基本原理,总结其在海底管道中的应用,例如海 底管道管一 土之间相互作用力分析,管一 土一 波作用力分析 ,海底石油管道和天然气管道泄漏的数值模拟,渗流 对海底管道非稳态传热的影响,管道要停止输送时,研究其热传递。提出未来发展趋势。 关键词:有限元软件;F L U E N T软件;海底管道;数值模拟 中图分类号:T E 8 3 2 文献标识码 : A 文章编号: 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 5 )0
3、 7 1 6 6 4 0 3 Ap pl i c a t i o n 0 f Fi ni t e El e m e nt An a l v s i s a nd FLUENT So f t wa r e s i n Su bm a r i ne Pi pe l i ne Re s e a r c h NL i -j i a o ,MA Gu i - y a n g ,G e z ,C HANGFa n g - y u a n ( 1 Co l l e g e o f P e t r o l e u m En g i n e e r i n g ,Li a o n i n g S h i h u
4、 a Un i v e r s i t y , Li a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 Ch i n a ; 2 C h i n a P e t r o l e u m Gr o u p S o u t h e a s t As i a P i p e l i n e C o , L t d Mu d d I s l a n d Ma n a g e me n t Offic e ,B e i j i n g 1 0 0 0 0 0 , C h i n a ) Ab s t r a c t : F i n i t e El e me n t An a l
5、y s i s i s a mo d e m c a l c u l a t i o n me t h o d, i t s d e v e l o p me n t c o u r s e c a n t r a c e t h e d i s c i p l i n e o f s t r u c t u r a l me c h a n i c s a n a l y s i s wh i c h i s wi d e l y u s e d i n p i p e l i n e s t r e s s a n a l y s i s T h e FL UE NT s o ft wa
6、r e i S wi d e l y u s e d i n i n d u s t r i a l e n g i n e e r i n g , i t h a s s t r o n g ma r k e t c o mp e t i t i v e n e s s t h u s i t s a p p l i c a t i o n i n r e s e a r c h o n fl u i d flo w a n d h e a t t r a n s f e r i n t h e p i p e i s wi d e I n t h i s a r t i c l e t h
7、 e b a s i c p r i n c i p l e s o f F i n i t e El e me n t An a l y s i s a n d F L UE NT s o ft wa r e s we r e i n t r o d u c e d , a n d t h e i r a p p l i c a t i o n i n t h e s u b ma r i n e p i p e l i n e wa s s u mma r i z e d , s u c h a s s u b ma r i n e p i p e l i n e o f p i p es
8、 o i l i n t e r a c t i o n f o r c e a n a l y s i s,P i p e s o i l wa v e f o r c e an a l y s i s , t h e n u me r i c a l s i mu l a t i o n o f t h e s u b ma r i n e o i l p i p e l i n e a n d g a s p i p e l i n e l e a k a g e , t h e i n fl u e n c e o f s e e p a g e o n s u b mari n e
9、p i p e l i n e S u n s t e a d y h e a t t r a n s f e r , a n d S O o n Th e n t h e i r d e v e l o p me n t t r e n d i n t h e f u t u r e wa s p u t f o r ward Ke y wo r d s :F i n i t e El e me n t An a l y s i s ; F LU ENT; s u b ma r i n e p i p e l i n e ; n u me r i c a l s i mu l a t i o
10、 n 1 9 4 7年开始 , 美国首先在墨西哥开采海洋中的 石油 ,紧接着其他国家也加入到开采海洋石油的行 列当中, 海洋石油的兴起在我国较晚,海底管道作 为一种输送介质,主要负责运送海底开采出的海洋 石油和天然气。海底管道的稳定性和运行的安全性 是重要的研究课题 ,海底管道铺设在恶劣 的海洋环 境当中,研究管道与海泥和波浪的相互作用,为海 底管道的设计提供数据支持,管道泄漏会造成海洋 环境 的严重污染 ,模拟泄漏后原油的扩散规律 ,查 找泄漏点, 减少泄漏后的经济环境等方面的损失。 1 应用现状 1 1 有限元软件模拟海底管道受力分析的应用 1 1 1 管一 土模型 郭喜亮“ 利用 A N
11、 S YS 有 限元分析软件 ,建立海 底管道与海床土体相互作用模型。结论表明对于平 铺管道,沉降量相同时,在粘土中的抗力比砂土中 抗力大很多,对于埋深管, 埋深对极限土体抗力的 影响随着管径的增大变得越发显著 ,本文未考虑波 浪往复载荷。 任艳荣 在多孔 弹性海床的研究表明 ,仍 旧使 用有 限元软件 AB A Q U S ,相 同条件下 ,管道在细砂 质的海床上的沉降量比在粗砂质的大, 更具有稳定 性 。 S c h o t m a n p 和s t o r k J坎利用 P L A X I S 有限元软件, 海床土体模型为粘土, 以此研究管土的作用力,结论 证明本文所列举模型中当管道水平
12、移动时 ,可用来 计算粘土在这个过程 中所受抗力。 V i l l a r r a g a t 以有限 元方法( F i n i t e E 1 e m e n t A n a l y s i s ) 的大变形理论为基础, 并考虑海底管道屈曲变形 中的非线性边界条件 , 分 析了温度和压力对管道变形的影响作用, 进一步完 善了海底管道屈曲特性的研究。 黄朝炜 用有限元计算软件A B A Q U S 程序,模拟 了海底管道与土壤的耦合作用,悬跨段管段设置为 器 莩 器 霁 安2 0利1 簧 一 z9 ), 女 , 河 北 唐 山 人 , 硕 士 , 年 毕 业 于 油 气 储 运 工 程 , 研
13、 究 方 向 : 海 底 管 道 泄 漏 问 题 研 究 。 : 96 5 06 96 0 29 8 9- 2 0 1 5 E - m a i 96 5 06 96 0 2 qq c o m 。 作 者 简 介 : 安 利 姣 ( 1 ), 女 , 河 北 唐 山 人 , 硕 士 , 年 毕 业 于 油 气 储 运 工 程 , 研 究 方 向 : 海 底 管 道 泄 漏 J司 题 研 究 。 1 。 第 4 4卷第 7期 安利姣,等:有限元软件和 F L U E N T软件在海底管道研究中的应用 1 6 6 5 重力和海泥的共同作用 ,对管道的位移和应力 曲线 做出比较准确预测。 任艳容 J把
14、海床土体模型 R a m b e r g O s g o o d 弹 塑性模型, 利用有限 A B A Q U S 进行管一土相互作用 数值模拟,与前人的实验数据例如国外科研机构: 重力使管道 自 沉降,而海水的流动和波浪载荷会引 起管道出现额外沉降。 任艳荣嘲 等利用有 限元软件 A B AQ U S ,分析海 床上管道的沉降特性 ,通过对一些参数的变化,模 拟表 明海床在这个过程 中存在弹性和非弹性变形 , 且参数对管道沉降量都有一定影响。 1 1 2 管一 土一 波基本模型和一些特殊模型 顾小芸 等解释了波一管一土动力耦合管道失 去稳定性是由于涡流和渗流的共同作用引起的等等 结果进行对
15、比,在设置模型时 ,设置了接触面。结 果表明管道 的沉降量随着管径的增大而加大 ,模拟 考虑了环境载荷的作用,与实验的结论吻合。 刘靖 伽 等用二维有限元软件研究海底管道与多 孔弹性海床 的相互作用 ,仅研究了波浪力的影响, 考虑粗砂和细砂 , 结果表明,管道所受应力在粗砂 中大于细砂 ,且管道埋深越浅 ,管道环形应力差值 较大。 赵刘群 等用有限元软件并结合A L E 的方法 , 通过求解N S 方程,来模拟海底管道的涡激振动问 题 ,从平面 的角度上 ,反应海底流场 的主要特性 。 从而启发讨论的涡旋脱落而导致激振 。 夏令 。 等利用V O F 模型来模拟深海 中的波浪运 动规律,模拟采
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- 关 键 词:
- 有限元 软件 fluent 海底 管道 研究 中的 应用
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