海洋復合波紋管內(nèi)流特性分析與結構優(yōu)化設計.pdf

1、海洋復合波紋柔性管道是海洋工程裝備中油氣傳輸?shù)摹把堋?，是進行深遠海油氣開發(fā)的關鍵裝備之一。針對我國南海極其復雜的海洋環(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復合波紋管道用于液化天然氣卸載過程中相互連接的運輸船舶之間，能夠快速進行LNG持續(xù)有效輸送。FLNG復合波紋管道的傳輸性能直接影響海洋油氣開發(fā)的經(jīng)濟性與安全性，因此詳細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性能對于實際工

2、程設計具有重要指導意義。
　　首先，本文針對復合波紋管道內(nèi)部流體的流動特性進行理論分析和計算流體力學(CFD)數(shù)值研究模型建立。其次，在實際工況中不同結構的復合波紋管道傳輸性能差別巨大，但我國沒有成熟的FLNG復合波紋管設計規(guī)范及工程應用實例，所以使用FLUENT針對不同結構參數(shù)的管道開展內(nèi)流特性的詳細計算研究十分必要。通過建立波紋管三維數(shù)值計算模型，對比分析得到管道的波型、波高、波距等結構參數(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，這能夠為FLNG復合波紋管道傳輸卸載過程的基本設計提供有益參考。
　　海洋復合波紋管道在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雜工況條件下管道不會出現(xiàn)力學結構破壞及異常工況失效。已有文獻中針對管道本身的結構力學性能分析比較充分，但少有研究內(nèi)流特性在管道設計中的關鍵影響因素。本文在考慮復合波紋管內(nèi)流特性影響的基礎上，進行管道內(nèi)流特性與彎曲性能的多目標結構優(yōu)化設計;通過計算不同結構參數(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計變量，建立波紋管多目標優(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計參數(shù)與多目標優(yōu)化的Pareto解前沿，并詳細對比研究各種優(yōu)化算法的計算效率以及解集質(zhì)量。
　　最后，簡要總結FLNG復合低溫波紋管道的基本實驗類型和實驗方法，主要包括低溫材料實驗、靜態(tài)力學性能測試、動態(tài)疲勞和振動沖擊實驗、流動保障性實驗以及模擬實際工況的測試等。這為下一步波紋管內(nèi)流特性實驗測試平臺的搭建打下