兩相混輸管道流固耦合振動問題的數值模擬研究

《兩相混輸管道流固耦合振動問題的數值模擬研究》是依託浙江大學，由謝芳芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：兩相混輸管道流固耦合振動問題的數值模擬研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：謝芳芳
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

針對兩相混輸管道的流固耦合振動問題，首先改進基於高精度譜元算法的兩相流-流固耦合計算程式：流體求解器採用相場方法，求解Navier-Stokes和Cahn-Hilliard方程模擬管內兩相流的流動。固體求解器則使用三維梁模型模擬管道的振動，並採用拉格朗日坐標系下的伽遼金法進行離散求解。基於任意拉格朗日法（ALE），實現流體和變形體之間的耦合計算，並解決管道變形產生的動格線問題。 然後系統地研究傾斜/彎曲管內兩相流動機理、流型變化、管道耦合振動特性，詳細地分析兩相流動的不穩定特性以及管道振動回響和管內流型變化之間的互相作用。本項目的研究不僅對兩相流-流固耦合的算法和物理機理的研究體系具有重要的學術意義，而且可為兩相混輸管道耦合振動導致的管道損壞等工程問題提供技術支撐。

結題摘要

管道系統越來越廣泛地套用於許多領域，如城市供水的長距離管線、大規模集中供暖系統、大型油田的長距離輸油管線、核電站中的水循環系統等。管道系統的耦合振動輕則降低系統的可靠性，導致管道滲漏；重則致使系統的損壞和管道的爆裂，並釀成重大事故。本項目首先改進兩相流-流固耦合計算程式，開發了適合高雷諾流動的Entropy Viscosity method 以及重力條件下的管道自由端、彈性支撐等邊界條件，實現對傾斜、豎直，彎曲等各種兩相混輸管道的流固耦合振動問題的模擬研究。然後系統地研究各相流動參數、固體參數對管內兩相流的不穩定特性以及兩相流型變化和管道振動回響之間的互相作用的影響，分析了管道段塞流的形成機制並通過DMD分析得出Rolling Wave模態是導致傾斜管道振動的原因。本項目的研究不僅對兩相流-流固耦合的算法和物理機理的研究體系具有重要的學術意義，而且可為兩相混輸管道耦合振動導致的管道損壞等工程問題提供技術支撐。本項目執行期間，共發表SCI論文8篇，會議論文4篇，參加國內外會議6次，聯合培養博士研究生5名，已畢業2名。