内输多相流与绕流耦合作用下立管非线性振动

马天麒， 顾继俊， 孙 旭， 张赢今， 李明婕

(1. 复旦大学 航空航天系，上海 200433； 2. 中国石油大学(北京) 机械工程学院，北京 102200； 3. 德州学院 机电工程学院，山东 德州 253023)

深水油气立管系统是油气开发系统中重要的部件，立管具有多种结构，如顶部张紧力立管(TTR)，自由悬链线立管(SCR)、混合立管等。 深水顶部张紧力立管主要有钻井立管，生产立管，注水管等。虽然立管的用途不同，但立管的组成结构基本相同。由于TLP和Spar平台的垂荡运动较小，因此TTR立管多用在TLP和Spar平台中。TTR区别于SCR是需要足够顶张力来保持立管垂直。立管在海洋环境中会受到风、浪、流、管内流体以及立管两端作用力的影响。流体流动会引起立管振动(FIV)，包括内输轴向流体所引起的振动以及外部绕流引起的涡激振动(Vortex Induced Vibration, VIV)，从而容易导致其疲劳失效。人们长期以来更多地关注立管外部流体产生的涡激振动问题，缺乏对内输流体特别是多相流和涡激耦合作用下的深入研究。海洋管线内部一般都是输送高温、高压的油气水混合体，其成分组成及运动特性非常复杂。本文拟对内输多相流的立管的涡激振动进行研究。

当海流流经立管，在立管两侧形成涡漩脱落，从而在立管上产生波动的横向力和流向力，使立管产生位移，即VIV。黄维平等[1]提出一个非线性的圆柱体涡激振动时域分析模型，同时考虑了顺流向和横向的流固耦合问题。张永波等[2]通过涡激振动模型实验的方法，研究了顶张力立管在海流作用下的涡激振动规律。……