小直径海底管线对主管线的水动力影响数值分析

摘要

随着石油、天然气的开采逐渐走向深海，在主管线附近铺设小直径辅助管线的背负式管线在深海油田开发中显得日渐重要。由于小直径附属管线的增设，对主管线的受力情况、尾流结构及涡脱频率等都将产生影响。
　　本文发展了特征线算子分裂有限元大涡模拟方法，通过后台阶流及单圆柱绕流算例，验证了本文算法的可靠性。为验证本文算法在串列海底管线工程应用的有效性，数值模拟了Re?1000的等直径串列圆柱绕流，计算结果与现有文献吻合较好。
　　为研究小直径海底管线对主管线的水动力影响，模拟了直径比为0.2、0.4、0.6、0.8，间距比为1.75、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.25、2.5的不等直径串列海底管线。管线的尾流结构及受力表明：当直径比为0.2时，其临界间距在主管线直径的1.8~1.9倍之间；当直径比为0.4、0.6、0.8时，临界间距在主管线直径的2.1~2.2倍之间。两管线的升、阻力系数随着间距比的增大先减小后突然增大，拐点出现在临界间距区间，分析了临界间距区间管线受力突变的原因，为背负式海底管线的布局优化提供了理论依据和指导意义。