内外流耦合作用下柔性立管振动响应研究

海洋立管承载着安全、高效输送油气流至平台或浮式终端的使命，可谓连接海床和海面的油气主动脉。随着深水油气开发力度的加大和开采水深的增加，必将有更多的柔性立管投入使用。在内部高压油气流和外部海流的夹击下，立管承受着内流流致振动与外流涡激振动的双重威胁，存在极大的疲劳失效风险。尽管涡激振动一直是工程界尤其是海洋工程流固耦合问题的研究热点，但大长径比柔性立管的多频高阶振动、曲线状立管振动形态的时空分布与三维尾流旋涡间的耦联关系等仍未翔实明晰。而内流流致振动的研究主要针对直立或水平管内单一相流体，曲线状柔性管内气液多相流诱发的振动响应研究甚少。少数学者尝试了内外流耦合振动研究，但内流仍以单相流体为主。笔者创新性地提出了一种同步采集柔性立管内部段塞流流动特征和立管振动位移的非介入测试手段，通过段塞内流与剪切外流耦合作用下的柔性管振动实验研究，分析了内流、外流交叉存在和同时存在的多工况柔性立管内部段塞流动特征参数的时空分布规律及柔性立管三维振型、振频与振动位移随时间的变化规律。笔者出版《内外流耦合作用下柔性立管振动响应研究》意在将过去五年在这方面的研究成果进行总结，为实验研究多相流与双重流固耦合振动同时存在的复杂工程问题提供有效的测试评价方法，并为海洋柔性立管的设计与操作参数的确定以及研制适于抑制内外流双重流致振动的装置或方法奠定技术基础。《内外流耦合作用下柔性立管振动响应研究》内容皆来自笔者所承担的国家自然科学基金、四川省青年科技基金、西南石油大学深水管柱安全青年科技创新团队等项目的研究成果，部分来自笔者的博士论文。