基于Workbench的流固耦合作用下弯管的振动分析

管道流固耦合会导致结构局部刚度减小,降低结构的固有频率。而在管道与流体的耦合振动中,管道转弯处是耦合振动最敏感区域。因此本文通过流体控制方程和固体控制方程建立系统单向流固耦合方程;在此分析的基础上利用Workbench建立弯管流固耦合有限元模型,分析了流速、压力、管径比这三个重要参数对输水弯管流固耦合系统振动频率的影响。     

输油悬跨管道流致振动数值模拟研究

基于声学流体的流固耦合及振动理论,对水流冲击下悬跨输油管道进行数值模拟,流场部分采用有限元体积法求解N-S方程,结构域采用有限单元法离散方程进行耦合面的数据传递。在此基础上计算对比了干、湿模态下悬跨管道的振动情况,分析了影响水下管道自振频率的因素及其发生涡激振动的响应规律。结果表明:管道自振频率受管径和悬跨长度影响较大;干模态下的自振频率为湿模态下的两倍左右,湿模态时自振频率与旋涡脱落频率更接近,必须考虑内外流体对管道自振频率的影响,避免共振的发生。     

非稳定流体与U形管路耦合振动特性研究

针对采油用管道内流体引发管道振动问题,研究了U形管路在内流作用下的振动特性,利用非线性耦合方法分析非稳定流体与管道相互耦合规律.流固耦合模态结果与前人计算结果相近,验证了数据的可靠性.模拟结果发现,在周期性脉动流体的作用下,管道最大应力及位移振动呈周期性变化;流体频率与管道基频相近时,管道位移振动频谱既有流体诱发的高频又有较低的管路基频.流体速度增加,管道位移增加,管道最大应力增加,管道基频减小.另外,发现脉动流体频率增加,管路基频增加.     

油气管道非线性振动基频分析

为了揭示外部激励、油气介质对管道非线性自由振动基频的影响规律,首先基于Euler-Bernoulli非线性几何方程和Hamilton原理,建立油气管道非线性动力学控制方程,然后通过伽辽金法和同伦摄动法,求得油气管道频幅关系、位移-时间曲线的一阶近似解和基频理论解。计算结果表明:推导的理论解与相关文献和实验数据相吻合。管道基频与外激励初始振幅正相关,与介质流速和密度负相关。过高的流体流速或密度易引起管道基频急剧降低。当有适当的扰力出现时,管道系统易发生较大受迫振动乃至共振失效。     

波流作用下海洋立管流固耦合动力特性分析

利用输流管道流固耦合振动的研究方法,分析了海洋立管在波流联合作用下的动力特性。基于Hamilton能量原理,建立了立管耦合振动模型,推导出立管耦合振动方程,并通过Hermit插值函数法对振动方程进行离散求解。同时,运用ANSYS软件分析了立管耦合振动的动力特性,得到了前六阶模态振型和固有频率。将数值模拟得到的立管固有频率与理论分析结果进行对比,充分验证了立管耦合振动模型的正确性。分析结果表明,立管固有频率随管内流体流速的增大而减小。     

压力管道典型结构的流固耦合数值仿真

针对管道内流体不稳定流动诱发的工业管道振动问题,通过工业管道系统振动源分析,从输送流体的特性出发,对特定的管路系统振动传递特性的分析方法进行研究,利用数值分析手段对管路系统振动特性进行振动仿真和预测。使用ADINA软件对T字型管道结构的振动特性进行了流固耦合数值模拟,得到了该管道结构的振动特性参数,为压力管道的流固耦合数值计算及振动特性预测提供参考。     

油水混输管道砂粒运动规律数值模拟与分析

随油田开发的进行,管道中多相流体的砂含量越来越高,在流体流动过程中,当流速小于可沉积临界流速时砂粒在管道底部发生沉积,可能使管道堵塞,同时增加摩阻,加快管道底部的腐蚀,增大管道运行风险。研究砂粒在管道内的运动规律,从而提出合理的管道运行及清管方案,为管道的安全生产工作提供参考意见,同时也对提高管道输送能力和延长管道寿命有一定的指导意义。利用计算流体力学软件Fluent和基于离散元素法的颗粒系统仿真软件EDEM耦合,对油田油水混输管道中液相流场和砂粒的运动过程实现多参数的数值模拟,分析砂沉积的规律。     

10-K-302C往复压缩机润滑油管路振动数值模拟分析和优化设计

新疆某石化公司的10-K-302C离心式甲烷制冷压缩机自开机以来,其润滑油管线振动位移一直较大,运用Workbench有限元软件对空管系统进行模态分析,获得管道的固有频率和振型;采用双向流-固耦合的数值模拟方法,分析对比了润滑油在耦合时的压力、速度变化及管道耦合前后的振动频率、位移变化规律;通过将数值模拟振动分析结果与实际管路实测振动结果对比,肯定了数值模拟分析的准确性,得出了共振和管内流体速度在管道弯头处突变而造成瞬间激振力过大是管道振动主要原因的基本结论;依据上述结论,对管路系统进行了减振控制,设计后的数值模拟分析表明,管系振动大幅减少,满足工业化生产要求。     

换热管流体激振的动力学特性及稳定性分析

对于换热管受横向流激振产生振动的问题,考虑流体阻尼与管道变形的影响,得到了关于振动速度的高阶偏微分方程。以弹簧-质量系统作为方程的特解入手,分析了热管振动方程解的形式和对应的动力学特性,并作出对应的相轨线方程,从相平面的角度出发,进一步得出换热管受流体激振的稳定性条件。     

管道流体双向流固耦合的动力学模拟分析

新疆某石化公司的10-K-302C离心式甲烷制冷压缩机自2009年9月开机以来,润滑油管线振动位移一直较大。为了分析润滑油是否是造成管道振动的因素,采用Ansys Workbench有限元软件模拟了管道内润滑油耦合前后的动力特性,分析了润滑油在耦合前后的压力、速度变化情况,得到流体速度在弯管处变化过大产生了较大的冲量对管道位移过大有着重要影响。     

液化天然气厂管道振动原因分析及对策

流体机械管道振动现象在许多行业经常发生,剧烈的管道振动往往影响生产的正常运行,因此研究管道振动的原因和机理,分析管道减振对策,是非常必要的。研究了引起管道振动的原因和机理,分析了防止管道振动的三方面策略,同时分析了某液化天然气厂管道振动的原因,给出了相应的管道振动减振策略,最后提出了从设计阶段解决管道振动的策略,给出了在役管道振动的解决方法。     

气体钻井注气量对钻柱振动的影响研究

气体钻井中,高速气流在流道截面突变处产生振荡,加剧钻柱振动从面导致钻柱的不稳定或失效。基于气体在环空的流速和压力的理论计算,使用ANSYS软件仿真了气体在环空中的返速及压力及气体对钻具的冲击作用,进而分析注气量对钻柱振动的影响。研究表明:流道截面突变这些区域,钻具在高速流体的作用下,发生了变形;环空流体在钻杆和钻铤连接处,环空流体的流速在一部分区域会出现死区。钻柱的各阶纵向振动频率和横向振动频率随注气量增加而增大,且对高阶频率的影响较大。     

水锤激励下的管道流固耦合振动模态分析

管道内液体流动参数随时间变化引起的管道振动,会导致管道共振、连接失效或断裂,对管路系统的稳定和安全运行产生巨大的危害.本文基于泊松流固耦合原理,建立流体动力学模型和管道运动模型,进行流固耦合受力分析和模态分析,研究了有无流固耦合存在时,输流管道振动模态的变化,以及入口速度、压强和壁厚对管道固有频率和阵型的影响.结果显示...     

基于非均质性流动过程量化冰浆流动管道压降

以水平管道内冰浆非均质性等温流动过程为研究对象,结合欧拉-欧拉模型,引入颗粒浓度扩散方程和非均质流动曲面方程,建立适用工程设计阶段冰浆非均质性流动管道压降"准二维"模型。结果表明,"准二维"模型含有冰浆流动时液相载流体相、固相冰粒子相和固液两相间的相互作用各分项,能够分项量化出各流体相的阻力份额。当流速较低时,液体相和冰粒子相所占的压降份额将随流速与冰粒子浓度变化呈现出反向变化趋势;随着流速升高,各流体相所占的压降份额仅对冰粒子的浓度变化具有显著的响应。通过比较不同工况下冰浆流动的管道压降,"准二维"模型的预测值与实验值间的相对误差基本可控制在±10%内。同时,"准二维"模型体现出明显的效率优势。     

流速的限制

据称石油类物质在管道中流动所产生的静电荷与流速的平方成正比,Mahley 和Warren在某些条件下所作之一个实验结果。如图所示,近似于二次方的比例关系。尽管通常认为电压在4～5千伏以上时才会产生电火花,但实际上以多少千伏作为安全界限,或者管道中实际流速相当于每秒几米,都随流体的性质和状态而相异,不能一概而论。然而,对于容易生成爆炸性混合气的喷射机燃料以及易发生静电的非导体液体进、出之际,原则上控制流速在1米/秒以下。以下由几个文献所载流速大于1米/秒时     

基于流固耦合含腐蚀缺陷管道模态分析

为研究基于流固耦合作用下腐蚀缺陷对管道振动特性的影响,利用有限元软件ADINA建立含不同腐蚀深度的架空管道模型,分别进行空管与充液管道状态下管道模态分析,提取前10阶频率和阵型,并对其进行了具体分析。研究发现:流固耦合作用下,管道整体刚度下降,振动频率降低,研究管道振动问题时,考虑流固耦合作用是合理且必要的;管道自振频率均随腐蚀深度的增加而减小,并且频率近乎呈阶梯状分布;管道外部的腐蚀缺陷和环向分布的腐蚀缺陷对管道刚度影响较大。研究结果对于含腐蚀缺陷架空管道的振动特性研究与维护更新有重要的指导意义。     

微通道内连续合成十二烷基苯磺酸的响应面分析及混合过程模拟

随着精密加工技术的发展,特征尺寸小于1mm的微化工设备因其高效的传质传热效能及本质安全特性逐渐被应用在许多有机合成工艺中。微通道内连续合成十二烷基苯磺酸是开发高效、绿色、安全的磺化工艺的重要基础。本文通过响应面实验方法,研究温度、流量、SO₃/DDB摩尔比对微反应器内十二烷基苯磺化工艺的交互影响,发现产品活性物质含量受流量影响最大,而T形结构微混合器中流量这一因素主要影响流体碰撞强度和停留时间。因此,利用CFD计算流体力学方法对T形微混合器内流体进行表征。模拟了T形混合器内不同流速下SO₃和DDB的混合状态,发现其混合状态变化规律与实验所得结论基本一致,低流速时混合器内混合效果不强,随着流速的增加,混合器内组分互相混合的区域明显增多。认为是流速的增大使得混合器内流体受到的惯性力增大,且增强了混合处流体的碰撞,相对地使混合器内流体受到表面张力减小,增强了混合效果。研究了有无溶剂条件下不同流速时T形微混合器内水和甲苯两相流体混合状态,发现无溶剂条件下流速为0.12m/s时,两相流体受界面张力作用发生一定程度混合后分离呈泰勒流形式流动;流速为0.15~0.17m/s时,混合现象消失,流体直接呈泰勒流形式;流速为0.19~0.21m/s时,受对撞效果增强影响再次出现混合部分。而有溶剂条件下,流体不再出现明显的泰勒流,而是以特征尺寸小于管道尺寸的小液滴的形式在管道内流动,流速为0.12~0.17m/s时流体呈不规则流动,流速为0.19~0.21m/s时流体以密度从大到小由内而外分布在管道径向方向上。认为是溶剂的引入减小了界面张力的作用,使得Re数升高时,惯性力的主导作用更强。     

压力管道弯头流固耦合及热力学数值模拟研究

压力管道系统中存在流体和结构之间的耦合。对压力管道的流固耦合现象进行分析,建立了流固耦合的有限元数学模型,运用有限元软件ansys模拟流体介质通过管道弯头,对压力管道弯头在不同约束条件下的流固耦合现象进行了数值模拟计算,并进行了压力,温度,流线型分析等。计算结果表明流固耦合作用对压力管道系统的运行有重大影响,验证了压力管道考虑流体介质、速度、压力的影响,并为特种设备的制造提供了设计方向和重点检验方向。     

基于多相耦合的埋地管道外爆动力响应影响研究

建立了管道、内部流体与土体的多相耦合数值计算模型,对埋地管道外爆载荷和管道响应进行了计算,得到了管道内有无流体对爆炸冲击波和管道响应的影响情况。计算结果表明:管道外土体的爆炸压力小于管道内无流体时管道外土体的爆炸压力。充液管道径向变形峰值比空管径向变形峰值降低10%左右;充液管应力峰值比空管应力峰值降低4%左右;说明管内存在流体使得管道的抗变形能力增强。     

气体管道振动原因探讨

管道振动的原因较为复杂,管道流速、温度、压力、转动设备、调节阀、节流孔板、管道支架形式及位置等均会引起管道振动。气体管道振动产生的原因主要有气流脉动激励管道产生机械振动和机械设备振动激励管道产生振动。~(【1】)