تعداد نشریات | 44 |
تعداد شمارهها | 1,305 |
تعداد مقالات | 15,982 |
تعداد مشاهده مقاله | 52,364,742 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 15,133,394 |
بررسی نیروهای هیدرودینامیکی لحظهای وارد بر خطوط لوله فراساحلی مرکب تحت جریانهای دائمی | ||
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز | ||
مقاله 11، دوره 53.4، شماره 113، اسفند 1402، صفحه 112-125 اصل مقاله (960.95 K) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22034/jcee.2023.51055.2130 | ||
نویسندگان | ||
حامد چهره گشا1؛ حبیب حکیم زاده1؛ نازیلا کاردان* 2 | ||
1دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز | ||
2دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز | ||
چکیده | ||
در خطوط لوله انتقال نفتی، نیروهای وارده به لوله ها از پارامترهای مهم طراحی به شمار می روند. مقدار این نیروها بر حسب تغییر در نحوه قرارگیری لوله های مجاور نظیر فاصله بین لوله ها، نسبت ابعاد لوله ها و نیز آرایش قرارگیری آنها تحت تأثیر قرار می گیرد؛ از این رو در پژوهش حاضر، بررسی تغییرات نیروهای هیدرودینامیکی برای حالات مختلف قرارگیری لوله ها تحت شرایط هیدرودینامیکی مختلف مورد توجه قرار گرفته است. در این راستا، نیروهای هیدرودینامیکی لحظهای وارد بر خطوط لوله فراساحلی مرکب تحت جریانهای دائمی محاسبه و مورد تحلیل قرار گرفته اند. کلیه شبیهسازیها بهصورت سه بعدی و در محیط نرمافزار ANSYS FLUENT16.0 انجام شده است. با تغییر سرعت جریان سیال و قطر سیلندر اصلی، تأثیر تغییرات عدد رینولدز بر ضرایب نیروهای هیدرودینامیکی لحظهای وارد بر خطوط لوله مرکب مورد بررسی قرار گرفت. پس از بررسیهای اولیه، مدل آشفتگی گردابههای بزرگ (LES) و سلولبندی منظم انتخاب گردید. در ادامه تأثیر فاصله نسبی سیلندر اصلی تا بستر (e/D)، فاصله نسبی دو سیلندر از یکدیگر (G/D) و قطر نسبی (d/D) مورد پژوهش قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش سرعت، مقادیر میانگین زمانی ضرایب پسا (Drag coefficient) و برآ (Lift coefficient) لوله اصلی به ترتیب در حدود 15% و 30% کاهش می یابد. در مورد لوله فرعی این کاهش برای میانگین زمانی ضرایب پسا و برآ به ترتیب در حدود 13% و 25% است. اما با افزودن لوله فرعی سوار بر لوله اصلی، مقادیر میانگین زمانی ضرایب نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر لوله اصلی کاهش چشمگیری پیدا می کند به گونه ای که این مقادیر در مورد ضریب برآ کاهشی حدود 40% را نشان می دهد که این امر سبب کاهش آسیب جدی به خط لوله اصلی میگردد. همچنین با افزایش فاصله نسبی بین لولههای اصلی و فرعی تا مقدار 2/0، مقدار متوسط زمانی ضریب برآ در مورد لوله اصلی ابتدا افزایش یافته و سپس به مقدار ثابت (تغییرات نامحسوس) رسید. با افزایش فاصله نسبی بین لولهها نیز، مقادیر متوسط زمانی ضریب پسا برای لوله فرعی افزایش یافت. سرانجام مشاهده گردید که با افزایش قطر سیلندر اصلی سطح برخورد سیال به سیلندرها افزایش یافته که این امر موجب افزایش دامنه نوسانات ضرایب نیروهای هیدرودینامیکی گردید. | ||
کلیدواژهها | ||
خطوط لوله مرکب؛ نیروهای هیدرودینامیکی؛ شبیهسازی عددی؛ جریان آشفته؛ نرم افزار فلوئنت | ||
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
مراجع | ||
چهره گشا م، "بررسی نیروهای هیدرودینامیکی لحظهای وارد بر خطوط لوله فراساحلی سوار بر هم تحت جریانهای دائمی"، پایاننامه مقطع کارشناسی ارشد، 1400، دانشگاه صنعتی سهند، دانشکده مهندسی عمران، تبریز.
زنگنه م، یگانه بختیاری ع، "مدل سازی عددی الگوی جریان اطراف لوله های فراساحل تحت اثر جریان یک طرفه"، نهمین کنفرانس هیدرولیک، 1389، تهران. https://civilica.com/doc/96221
Akoz MS, Sahin B, Akilli H, “Flow characteristic of the horizontal cylinder placed on the plane boundary”, Flow Measurement and Instrumentation, 2010, 21 (4), 476-487. DOI: 10.1016/j.flowmeasinst.2010.06.006 Asrari, S, Hakimzadeh H, Kardan N, “Investigation on the local scour beneath piggyback pipelines under clear-water conditions”, China Ocean Engineering, 2021, 35, 422-431. DOI: 10.1007/s13344-021-0039-7 Bearman PW, Zdravkovich MM, “Flow around a circular cylinder near a plane boundary”, Journal of Fluid Mechanics, 1978, 89 (1), 33-47. DOI: 10.1017/S002211207800244X Chen L, Hulshoff SJ, Wang Y, “2D residual-based LES of flow around a pipeline close to a flat seabed”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2020, 363, 112788. DOI: 10.1016/j.cma.2019.112788 Cheng L, Chew LW, “Modelling of flow around a near-bed pipeline with a spoiler”, Ocean engineering, 2003, 30 (13), 1595-1611. DOI: 10.1016/S0029-8018(02)00148-8 E-Rong QI, Guo-ya LI, Wei LI, Jian WU, Xin ZHANG, “Study of vortex characteristics of the flow around a horizontal circular cylinder at various gap-ratios in the cross-flow”, Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 2006, 18 (3), 334-340. DOI: 10.1016/S1001-6058(06)60013-9 Faruquee Z, Ting D, Fartaj A, Barron RM, Carriveau R, “The effects of axis ratio on laminar fluid flow around an elliptical cylinder”, International Journal of Heat and Fluid Flow, 2007, 28 (5), 1178-1189. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2006.11.004 Grove AS, Shair FH, Petersen, EE, “An experimental investigation of the steady separated flow past a circular cylinder”, Journal of Fluid Mechanics, 1964, 19 (1), 60-80. DOI: 10.1017/S0022112064000544 Grass AJ, Raven PWJ, Stuart RJ, Bray JA, “The influence of boundary layer velocity gradients and bed proximity on vortex shedding from free spanning pipelines”, Journal of Energy Resources, 1984, 106 (1), 70-78. DOI: 10.1115/1.3231028 Hakimzadeh H, Mosahebi Mohammadi M, “Experimental investigation on impact of reynolds number, fitting distance and relative diameter on flow separation around piggyback pipelines“, Marine-Engineering, 2016, 11 (22), 109-117. DOI: 20.1001.1.17357608.1394.11.22.10.6 Hosseini N, Griffith MD, Leontini JS, “Flow-induced vibrations in long rows of cylinders and their links to convective instabilities”, International Journal of Heat and Fluid Flow, 2022, 94, 108922. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2021.108922 Kardan N, Hakimzadeh H, “Numerical investigation of the hydrodynamic forces on offshore piggyback pipelines in steady currents”, Marine-Engineering, 2018, 13 (26), 131-137. Kawamura T, Takami H, Kuwahara K, “Computation of high Reynolds number flow around a circular cylinder with surface roughness”, Fluid Dynamics Research, 1986, 1 (2), 145-167. DOI: 10.1016/0169-5983(86)90014-6 Kazeminezhad MH, Yeganeh-Bakhtiary A, Etemad-Shahidi A, “Numerical investigation of boundary layer effects on vortex shedding frequency and forces acting upon marine pipeline”, Applied Ocean Research, 2010, 32 (4), 460-470. DOI: 10.1016/j.apor.2010.10.002 Lei C, Cheng L, Kavanagh K, “A finite difference solution of the shear flow over a circular cylinder”, Ocean Engineering, 2000, 27 (3), 271-290. DOI: 10.1016/S0029-8018(98)00050-X Lin WJ, Lin C, Hsieh SC, Dey S, “Flow characteristics around a circular cylinder placed horizontally above a plane boundary”, Journal of Engineering Mechanics, 2009, 135 (7), 697-716. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9399(2009)135:7(697) Liu MM, “The predominant frequency for viscous flow past two tandem circular cylinders of different diameters at low Reynolds number”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment, 2020, 234 (2), 534-546. Mysa RC, Kaboudian A, Jaiman RK, “On the origin of wake-induced vibration in two tandem circular cylinders at low Reynolds number”, Journal of Fluids and Structures, 2016, 61, 76-98. DOI: 10.1016/j.jfluidstructs.2015.11.004 Oner AA, Kirkgoz MS, Akoz MS, “Interaction of a current with a circular cylinder near a rigid bed”, Ocean Engineering, 2008, 35 (14-15), 1492-1504. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2008.06.005 Priced SJ, Sumnert D, Smith JG, Leong K, Paidoussis MP, “Flow visualization around a circular cylinder near to a plane wall”, Journal of Fluids and Structures, 2002, 16 (2), 175-191. DOI: 10.1006/jfls.2001.0413 Qin B, Alam M, Zhou Y, “Two tandem cylinders of different diameters in crossflow: flow-induced vibration”, Journal of Fluid Mechanics, 2017, 829, 621-658. DOI: 10.1017/jfm.2017.510 Serta CPV, Janocha MJ, Yin G, Ong MC, “Numerical simulations of flow-induced vibrations of two rigidly coupled cylinders with uneven diameters in the upper transition Reynolds number regime”, Journal of Fluids and Structures, 2022, 105, 103332. DOI: 10.1016/j.jfluidstructs.2021.103332 Wu G, Xiaoqing Du, Wang Y, “LES of flow around two staggered circular cylinders at a high subcritical Reynolds number of 1.4× 105”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2020, 196, 104044. DOI: 10.1016/j.jweia.2019.104044 Zang Z, Gao F, Cui, J, “Vortex shedding and vortex-induced vibration of piggyback pipelines in steady currents”, International Offshore and Polar Engineering Conference, Rhodes, Greece, June 2012. Zang ZP, Gao FP, Cui JS, “Physical modeling and swirling strength analysis of vortex shedding from near-bed piggyback pipelines”, Applied Ocean Research, 2013, 40, 50-59. DOI: 10.1016/j.apor.2013.01.001 Zhao M, Cheng L, Teng B, Liang D, “Numerical simulation of viscous flow past two circular cylinders of different diameters”, Applied Ocean Research, 2005, 27 (1), 39-55. DOI: 10.1016/j.apor.2004.10.002 Zhao M, Cheng L, Teng B, “Numerical modeling of flow and hydrodynamic forces around a piggyback pipeline near the seabed”, Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering“, 2007, 133 (4), 286-295. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-950X(2007)133:4(286) | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 291 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 158 |