刘 刚,赵志范,高 源,娄珊珊,于志颖,郝宗睿

齐鲁工业大学(山东省科学院) 海洋仪器仪表研究所,青岛 266061

气液两相混输管线广泛应用于深海油气资源的开采过程中。大量研究表明,当流体流经管道时会引起管道的振动,并且会使得管道系统的固有频率发生一定程度的变化。当管道内的流速达到临界值时会使得管道系统发生各种失稳从而引发管道的损坏[1]。

在输流管道的动力学研究方面,学者们开展了输流管道固有频率方面的研究[2-5],他们普遍得出结论,对于输送单相流体而言,随着流速的增大管道系统的固有频率会随之减小,而不同管道支撑下系统固有频率特性可以参见文献[6]。关于输流管道系统的振动,学者们利用伽辽金模型能够获取几种简单的边界支撑下(如两端简支、悬臂管道系统等)系统的振动强度及频率等特性,而针对复杂的边界支撑,使用伽辽金模型较难获取振型函数,此时需要借助有限元方法获取管道系统的固有频率等振动特性。

相比于单相输流管道,气液两相管道系统的振动特性跟两相流的流动特性有着密切的关系[7-10],在众多的两相流流型中,弹状流是较为复杂的一种,由于弹状流的间歇性特征,使得通过管道中的某一点的流体流速密度等参数不断发生变化,进而可以推断输送气液两相弹状流的管道系统的动力学特性会更为复杂[11]。

本文将基于有限元方法构建弹状流管道系统振动模型,对不同工况下管道系统固有振动特性进行分析。……