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《淺論海底管道-流體-海床相互作用機(jī)理和監(jiān)測(cè)技術(shù)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、浙江大學(xué)申請(qǐng)工學(xué)博士學(xué)位論文海底管道．流體．海床相互作用機(jī)理和監(jiān)測(cè)技術(shù)研究博士研究生：吳鈺驊導(dǎo)師：金偉良教授專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院2007年4月浙江大學(xué)工學(xué)I尊士學(xué)位論文2007摘要摘要海底管道被稱為海洋油氣田開發(fā)的生命線工程，它的安全可靠運(yùn)行是海上油氣田正常生產(chǎn)的根本保證。本文以國家“863計(jì)劃”子課題“長距離海底管道分布式光纖傳感技術(shù)”(2001AA602022．1，2001AA602210．1)為依托，在海床液化、海底管道局部沖刷、懸跨海底管道渦激振動(dòng)、海底管道結(jié)構(gòu)一流體一土共同作用等方面進(jìn)行了深入地研究；針對(duì)海底管道破壞
2、因素，在開發(fā)長距離光纖傳感系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)的標(biāo)定試驗(yàn)。本文的主要研究內(nèi)容有：采用Biot動(dòng)力固結(jié)有限元法對(duì)波浪荷載下海床土體的響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行研究，分析了波浪荷載下超靜孔隙水壓力、有效應(yīng)力的分布規(guī)律，提出了波浪荷載下均質(zhì)彈性海床液化條件和液化深度計(jì)算方法。同時(shí)，研究了液化土體粘滯系數(shù)估算方法，探討了海床液化對(duì)海底管道的影響。設(shè)計(jì)了一種新型的海底輸油管道水槽沖刷試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，研究海底管道與砂床之間存在不同間隙時(shí)砂床起動(dòng)流速的變化規(guī)律，探討了海底管道底砂床砂粒起動(dòng)的機(jī)理，提出了微小間隙時(shí)海底管道局部沖刷起動(dòng)流速的擬合公式?；趖一
3、。模型提出了綜合考慮近壁流速和湍動(dòng)能的組合流速和修正Shields數(shù)，并據(jù)此分析了局部沖刷起動(dòng)狀態(tài)和發(fā)展過程，提出了相應(yīng)的局部沖刷起動(dòng)和局部沖刷平衡判斷標(biāo)準(zhǔn)。基于I—m模型分析了靜止圓柱體在不同間隙比時(shí)的渦激力變化規(guī)律。認(rèn)為間隙比的大小對(duì)渦激力頻率影響相對(duì)較小，但對(duì)拖拽力和上舉力的平均值和波動(dòng)幅值影響較大。提出了拖拽力和上舉力波動(dòng)幅值隨問隙比變化的擬合公式。建立海底管道流固耦合計(jì)算模型，分析了考慮流固耦合時(shí)海底管道結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)響應(yīng)規(guī)律，提出了考慮流固耦合的渦激振動(dòng)基頻的計(jì)算方法。分析表明，海底管道振動(dòng)各參量在橫流向主要響應(yīng)頻率為流固耦合渦激
4、力基頻，而順流向?yàn)榛l的兩倍。基于Fluent軟件進(jìn)行二次開發(fā)，建立了海底管道結(jié)構(gòu)一流體一土耦合振動(dòng)的數(shù)值計(jì)算模型。根據(jù)數(shù)值模擬分析可知，海底管道相對(duì)于海水屬于輕柔結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)固有阻尼較小時(shí)可能發(fā)生顫振，海底管道固有阻尼對(duì)抑制海底管道渦激振動(dòng)有重要作用。海底管道固有頻率與渦激振動(dòng)基頻越接近，從海流中吸收的振動(dòng)能量就越大，管道振幅也越大。當(dāng)海底管道固有頻率與順流向渦流激振頻率相近時(shí)，管吳鈺驊：海底管道一流體一地基相互作心機(jī)理和監(jiān)測(cè)技術(shù)研究I摘要浙江大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文2007道渦激振動(dòng)基頻將發(fā)生遷移。當(dāng)土體剛度較小時(shí)，土體剛度減小將使海底管道渦
5、激振動(dòng)幅值增大。當(dāng)液化土體粘滯系數(shù)較高時(shí)，土體液化對(duì)管道渦激振動(dòng)影響較??；當(dāng)液化土體粘滯系數(shù)在10kPa／(m／s)左右時(shí)，土體液化對(duì)管道渦激振動(dòng)具有抑制作用；當(dāng)液化土體粘滯系數(shù)很小時(shí)，土體液化將使海底管道渦激振動(dòng)幅值增大。針對(duì)海底管道破壞因素，進(jìn)行了長距離海底管道分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，探討了其監(jiān)測(cè)可行性和監(jiān)測(cè)精度，并對(duì)不同鋪設(shè)工藝下的測(cè)試值進(jìn)行了標(biāo)定，為該系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用做準(zhǔn)備。本文得到了國家“863計(jì)劃”子課題“長距離海底管道分布式光纖傳感技術(shù)”(2001AA602022．1，2001AA602210．1)和
6、中國海洋石油總公司研究中心課題“BZ28．1海底管道可靠性評(píng)估”的支持。關(guān)鍵詞：海底管道；海床液化；局部沖刷；組合流速；修正Shields數(shù)；流固耦合；海底管道結(jié)構(gòu)．流體．土共同作用；靜態(tài)試驗(yàn)；動(dòng)態(tài)試驗(yàn)n吳鈺驊：海底管道一流體一地基相互作朋機(jī)理和監(jiān)測(cè)技術(shù)研究ADissertationPresentedtoAcademicCommitteeofZhejlangUniforDoctorDegreeofEngi．2007AbstractSubmarinepipelinesystemisamainpaRernintransportationofof
7、fshoreoilandgas．a(chǎn)ndplays趾importantroleintheoffshoreoilandgasdevelopmenLToimprovethesecurityofsubmarinepipeline，ZhoiangUniversityandCNOOCappliedfortheprojectofdistributedopticalfibersensingtechnologyforlong-distancesubmarinepipeline，whichsponsoredbyNationalHi-TechResearchan
8、dDevelopmentProgramofChina(863Program)．Asapartofthisproject,thispaperlucubratedinthestate
