申请/专利权人：中国石油大学(华东)

申请日：2023-10-30

公开（公告）日：2024-01-26

公开（公告）号：CN117150971B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F17/13;G06F113/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.26#授权;2023.12.19#实质审查的生效;2023.12.01#公开

摘要：本发明属于海洋工程技术领域，公开了一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法及系统。该方法包括：建立段塞内流理论模型，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数；建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程；基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型；引入管内段塞内流流动密度变化，再通过有限元方法对虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解，实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测。本发明通过动态调整涡激力平均瞬时频率，建立立管多模态涡激振动模型，实现段塞内流和剪切外流联合激励下立管多模态涡激振动准确预测。

主权项：1.一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1，建立段塞内流理论模型，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数；S2，基于段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，建立内外流联合激励下立管非线性振动控制方程，基于同步化方法建立考虑剪切流作用多模态涡激振动模型；S3，引入管内段塞内流流动密度变化，通过有限元方法对考虑剪切流作用多模态涡激振动模型进行离散和求解，实现段塞内流和剪切外流联合激励下海洋立管多模态涡激振动预测；在步骤S1中，通过气相和液相流量获得段塞内流沿空间和时间变化的密度参数，包括：分别建立从液塞区到泰勒泡区气体质量守恒关系式和液体的质量守恒关系式，得到：VT-VgBHgB＝VT-Vgs1-HlsVT-VlB1-HgB＝VT-VlsHls式中，VT为段塞单元移动速度，VgB为液膜区气相流速，HgB为液膜区气相体积分数，VgS为液塞区气相流速，VlS为液塞区液相流速，VlB为液膜区液相体积分数，HlS为液塞区液相体积分数；对于完全发展的段塞流单元，气相和液体的质量守恒方程表示为： 式中，Vsg为气相表观流速，LB为段塞流液膜区长度，LU为段塞流单元长度，HgS为液塞区气相体积分数，Vsl为液相表观流速，HlB为液膜区液相体积分数，VlB为液膜区液相流速；气相和液体的质量守恒方程建立后，所有流动结构的速度均被定义，对于多参数质量守恒方程，引入经验关系式使控制质量守恒方程闭合；段塞单元移动速度VT通过下式计算： 式中，VT为段塞单元移动速度，Vm为混合物移动速度，g为重力加速度，Di为立管内径，ρl为液相密度，ρg为气相密度；液塞区气相体积分数为： 式中，Vm为混合物移动速度；液塞中的液体和气体为完全发展的气泡流，液塞中气体为在横截面平均分布，液塞中气体的速度通过下式计算：VgS＝1.2Vm+Vo式中，Vo为气泡群中单个气泡移动速度；液膜区液相流速通过下式计算： 构建以下函数： 式中，σ为气液表面张力；进而通过以下方程迭代求解HlB，表达式为： 式中，j为迭代次数；在求解得到段塞流各流动结构的速度和体积分数后，进一步通过下式求解段塞内流理论模型所需参数： k＝2πLUω＝2πVTLU式中，为段塞内流平均密度，为段塞内流密度波动幅值，z为空间位置，t为时间位置，i是虚数单位，k为内流密度波动波数，ω为密度波动角频率，VT为段塞单元移动速度，LB为段塞流液膜区长度，LU为段塞流单元长度，VT为段塞单元流速，HgB为液膜区气相体积分数，HgS为液塞区气相体积分数，HlS为液塞区液相体积分数，HlB为液膜区液相体积分数。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国石油大学(华东) 一种联合激励下海洋立管多模态涡激振动分析方法及系统

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