论-导管架平台隔水套管区域流场数值模拟分析

１ 数 学模 型 与 计 算 模 型
１ ． １ 控 制方 程
体 的运 动方程 Ｅ ｕ ｌ ｅ ｒ 方程 如下 。
＝ — ＋ ＿ ｄ ＝ ａ — ｆ ＋ ／ Ｚ — ａ — ＋ ＋ Ｗ — — ＝ ， 一 一
流体 流 动满 足质 量 守 恒 定 律 、 动 量 守 恒 定 律
ｐｒ ｉｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｉ ｒ ｖ ｌｖ ａ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｃ ｉ ｐ ｒ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ｌｖｅ ａ ｄ ｉ ｓ ｃ ａ Ｙ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄｅ ｒ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｎａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈｅ ｉ ｌ ｕ ｆ ｎ —
Ｊ ． Ｊ ． ｄ ｙ ｄ ｚ ＋ ・ ｎ ｄ Ａ ＝ ０ （ ）
Ｖ ｏ ｌ
式 中： Ｖ ｏ —— 控 制体 ；
Ａ — —控 制 面 。
对 于不 可压 缩均 质流 体 ， 质 量密 度为 常数 ， 在
图 １ 渤海 辽 东湾 平 台 冰 堆 积
直角 坐标 系下 可将其 简化 为如 下微 分形 式 。
＋
ａ
究 其根 源 ， 这主要 是 因 为外 部 流 场 经 过 导管 架 平 台隔水 套管 区时将 发 生绕 流 ， 产生漩 涡 ， 致使 流速 降低 ， 从 而 碎冰不 能 随着海 流 被及 时清 除 。因此 ，
关 于浅 水 重 冰 区导 管 架 平 台 碎 冰 堆 积 进 程 的研 究， 首 先从 分 析关 键 性 诱 因产 生规 律 人 手 。本 文 采用 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ软件 模 拟 该 区域 的流 场 ， 通 过分 析 局部 流场变 化情 况 ， 形 成 对 碎 冰 滞 留 一堆 积 进程
＋ ＋
导致 冰 灾害 的诱 因有 多 种 ， 其 中导 管 架 平 台 隔水套 管 区的滞 留效 应 是最 重 要 的诱 因之 一 ＿ ２ Ｊ 。
０ ｗ
：
０
ｆ ２
ｄｘ
ｄ ’
ａｚ
数值模 拟 计算 中将 主 要 采 用二 维 数 值 模 拟 ，
因此 连续性 方 程为
参考文献
版社 ， １ ９ ８ ２ ．
［ ５ ］谢丰毅 ． 化工机械 ［ Ｍ］ ． ２版 ． 北京 ： 化学工 业出版社 ，
１ ９ ９０．
［ ６ ］邢万坤 ． 工 艺用压 缩机 网状 阀使 用寿命 探讨 ［ Ｊ ］ ． 压 缩机技术 ， ２ ０ ０ ２ （ １ ） ： １ ． １ ０ ．
Ｒｅ ｐ ｌ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｎ ｏ ｔ ｏ ｎ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ，ｂ ｕ ｔ ｌｓ ａ ｏ ｔ ｈ ｅ ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ ｇ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５—０ ７—３ ０ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ５—０ ９— ０ １
ｖ
ａ
＝ Ｚ ＋ ＝ ， 一 盟 ＿ ｄ ￡ ＝— ａ —十 ＋ ｌ — ａ —十 — — 一一 （ Ｉ ５ ３ ） 业 出版 社 ， ２ ０ ０ ４ ．
［ １ ０ ］黄红俊 ， 梁晓飞 ， 马
曦． 天然气压 缩机气 阀阀片频
繁断裂原 因分 析［ Ｊ ］ ． 压缩机技术 ， ２ ０ ０ ９ （ ２ ） ： ６ １ － ６ ２ ．
Ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ａｉ ｒ Ｖａ ｌ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｇａ ｓ Ｃｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ
的 预判 。
：０
ｆ ３ ）
ａ ｙ
对海 洋工 程 流体 问题 而 言 ， 流 体 的 质 量 密度 和黏 性 系数都 是 常数 ， 此 时的 Ｎ ． Ｓ方 程 矢 量形 式
为：
ｐ
警＝ ｐ Ｆ — ｇ ｒ ａ ｄ ｐ 十
鱼 一 ｏ ｘ
ｐ
（ ４ ）
若 不考虑 流 体 的黏性 ， 则 由上 式 可 得 理 想 流
［ ７ ］肖德 仓 ． 天 然气 往 复 压 缩 机 气 阀故 障分 析 及 诊 断 ［ Ｊ ］ ． 油气 田地面工程 ， ２ ０ ０ ８ （ １ ０ ） ： ５ ６ － ５ ７ ．
［ ８ ］米建华 ， 崔海霞 ， 丁继 东 ， 等． 天 然气压缩 机组气 阀的
［ １ ］郁永章． 容 积式 压缩 机技 术手 册 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 机 械工
渤海浅水重冰 区某导管架平 台的隔水 套管 区 内的流场进行 数值模 拟 ， 统计可 能发生碎 冰滞 留的区域分 布 比
例， 并根据不 同人流方向进行评估 ， 结果表明 ， 隔水套管 区内局部流场 的滞 留效应是导致碎冰堆积 的主要诱 因。
关键词 ： 导管架平 台 ； 碎冰堆积 ； 流场 ； 数值模拟
和能量 守恒 定律 。这 些定律 在 流体力 学 中的体现 就 是相 应 的连续 性方 程和 Ｎ ． Ｓ方程 剖。 按 照质 量守 恒 定律 ， 流 人 的质 量 与 流 出 的质
量 之差 ， 应该 等 于控制 体 内部流 体质量 的增 量 ， 由 此 可导 出流 体连 续性 方程 的积 分形式 为
ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｓ ，ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ｌｖ ａ ｅ ｕ ｐ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｖｉ ｒ ｃ ｅ ｌ ｉ ｆ ｅ ｏ ｆ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ Ｉ Ｔ ＫＫ— ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｏ ｃ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｄ ａ ｔ ａ ｂ ａ ｓ ｅ Ｙｅ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ．Ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ｌ ａ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ —
中图 分 类 号 ｉ Ｕ ６ ６ １ ． １ ； Ｐ ７ ５ １ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ － ０ ０ ３ ６ － ０ ４
我 国冬季 有冰 海域 的导 管架 平 台隔水 套管 区 极 易发生 碎 冰 堆 积 现 象 … ， 见图 １ 。这 样 的 碎 冰 堆积 规模 通 常将 引发 的一 系列棘 手 的工程 问题 。
（ 上接 第 ３ ８页）
［ ５ ］张 亮， 李云波． 流体力学 ［ Ｍ］ ． 哈尔滨 ： 哈尔滨工程
［ ８ ］季 斌， 洪 方文 ， 彭 晓星 ． 二 维水 翼局 部空 泡脱 落特
、
模 拟采 用湍 流模 型 。雷诺平 均 Ｎ ． Ｓ 方 程 是流 场 平均 变量 的控 制 方 程 ， 其 相 关 的模 拟 理 论 被 称 为湍 流模式 理 论 ＿ ７ Ｊ 。湍 流 模 式 理 论 假 定 湍 流 中 的流 场变量 由一个 时均 量 和 一个 脉 动 量 组 成 ， 以
第 一作 者简 介 ： 董
坤 （ １ ９ ８ １一） ， 男， 学士 ， 工 程 师
研 究方向 ： 海洋工程设计 、 建造 和 工 程 项 目管 理
Ｅ－ ｍａ ｉ ｌ ： ｄ ｏ ｎ ｇ ｋ ｕｎ ＠ ｃ ｎ ｏ ｏ ｃ． ｔ ｏ ｍ．ｃ ａ
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２ ０ １ ５薤
第 ５期
郭元德 ， 等： 天然气压缩机气 阀改造
［ ９ ］陈可坚 ． 天然 气压 缩机气 阀故 障分析 ［ Ｊ ］ ． 压 缩机 技
术， ２ ０ ０ ９ （ ４ ） ： ４ ２ － ４ ３ ．
［ ３ ］李 ［ ４ ］林
云． 姜培正． 过程流体机 械［ Ｍ］ ． ２版． 北京 ： 化学 梅． 压缩 机环 状 阀原理 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 化 学工业 出
第４ ４卷 第 ５期 ２ ０ １ ５年 １ Ｏ月
船 海 工 程
Ｓ ＨＩ Ｐ ＆ ＯＣ ＥＡＮ ＥＮＧ Ｉ Ｎ ＥＥ ＲＩ ＮＧ
Ｖｏ １ ． ４ ４ Ｎｏ ． ５
０ｃ ｔ ． ２ ０ １ ５
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ — ７ ９ ５ ３ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ５ ． ０ １ １
导 管 架 平 台隔水 套 管 区域 流 场 数 值模 拟 分析
董 坤
（ 中海石 油（ 中国） 有 限公 司 天津分公 司工程 建设 中心 ， 天津 ３ ０ ０ ４ ５ ２ ） 摘 要： 考虑 到局 部流场是控制和决定流冰在 隔水套管 区内运动形态 的关键 因素 ， 使用 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ软件 ， 对
船海工程 第４ ４卷
阀工作情况 ： 介质中不含固体杂质 ， 阀片与阀座撞 击痕迹 正 常 ， 弹簧 没 有 折 断 现象 。气 阀 的使 用 寿 命 提 高 了 ２～ ３倍 ， 节 约 了检 修所 需 的人工 和备 件 的费 用 ， 最 重要 的 是 避免 了 因故 障 停 车 而造 成 的 产量损失 ， 此次改造收到了良好的效果。
ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｙ ｓ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｖｉ ｒ ｃ ｅ ｌ ｉ ｆ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｖ ｌｖ ａ ｅ Ｙｅ ａ ｐ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｗ ａ ｒ ｄ ．