海洋復(fù)合波紋管內(nèi)流特性分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、海洋復(fù)合波紋柔性管道是海洋工程裝備中油氣傳輸?shù)摹把堋保沁M(jìn)行深遠(yuǎn)海油氣開發(fā)的關(guān)鍵裝備之一。針對我國南海極其復(fù)雜的海洋環(huán)境，浮式液化天然氣生產(chǎn)儲卸裝置(FLNG)是南海油氣開采的新型模式，其中FLNG復(fù)合波紋管道用于液化天然氣卸載過程中相互連接的運(yùn)輸船舶之間，能夠快速進(jìn)行LNG持續(xù)有效輸送。FLNG復(fù)合波紋管道的傳輸性能直接影響海洋油氣開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性與安全性，因此詳細(xì)研究分析管道工作過程中內(nèi)部流體傳輸時的流動特性以及管體力學(xué)性能對于實(shí)際工

2、程設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。
　　首先，本文針對復(fù)合波紋管道內(nèi)部流體的流動特性進(jìn)行理論分析和計(jì)算流體力學(xué)(CFD)數(shù)值研究模型建立。其次，在實(shí)際工況中不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合波紋管道傳輸性能差別巨大，但我國沒有成熟的FLNG復(fù)合波紋管設(shè)計(jì)規(guī)范及工程應(yīng)用實(shí)例，所以使用FLUENT針對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的管道開展內(nèi)流特性的詳細(xì)計(jì)算研究十分必要。通過建立波紋管三維數(shù)值計(jì)算模型，對比分析得到管道的波型、波高、波距等結(jié)構(gòu)參數(shù)對于管內(nèi)流動壓降和流阻系數(shù)的具體影響

3、規(guī)律，這能夠?yàn)镕LNG復(fù)合波紋管道傳輸卸載過程的基本設(shè)計(jì)提供有益參考。
　　海洋復(fù)合波紋管道在LNG船之間的傳輸過程中不僅需要考慮內(nèi)部流體的通流性能，還必須保證在海洋復(fù)雜工況條件下管道不會出現(xiàn)力學(xué)結(jié)構(gòu)破壞及異常工況失效。已有文獻(xiàn)中針對管道本身的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析比較充分，但少有研究內(nèi)流特性在管道設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵影響因素。本文在考慮復(fù)合波紋管內(nèi)流特性影響的基礎(chǔ)上，進(jìn)行管道內(nèi)流特性與彎曲性能的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì);通過計(jì)算不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的波紋

4、管彎曲性能，確定波紋高度和波紋間距作為設(shè)計(jì)變量，建立波紋管多目標(biāo)優(yōu)化模型。采用代理模型和多種優(yōu)化算法，獲得提高波紋管性能的設(shè)計(jì)參數(shù)與多目標(biāo)優(yōu)化的Pareto解前沿，并詳細(xì)對比研究各種優(yōu)化算法的計(jì)算效率以及解集質(zhì)量。
　　最后，簡要總結(jié)FLNG復(fù)合低溫波紋管道的基本實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)驗(yàn)方法，主要包括低溫材料實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)力學(xué)性能測試、動態(tài)疲勞和振動沖擊實(shí)驗(yàn)、流動保障性實(shí)驗(yàn)以及模擬實(shí)際工況的測試等。這為下一步波紋管內(nèi)流特性實(shí)驗(yàn)測試平臺的搭建打下