地震动作用下输油管道内流体动压力时变仿真

作     者：翁光远 翟瑶 郑杰 赵可杰 

作者机构：西安石油大学机械工程学院 

出 版 物：《油气储运》 (Oil & Gas Storage and Transportation)

年 卷 期：2024年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目“油气管道-斜拉管桥结构系统地震响应耦合机理及MSMA-压电复合减震系统”,52174061 西安石油大学研究生创新与实践能力培养计划项目“地震作用下管道-油气介质耦合系统介质动力特性仿真及试验”,YCS23214272 

主　　题：输油管道 流固耦合 地震动作用 流体介质 动压力 

摘      要：[目的]输油管道受地震动影响会产生显著的位移变化，揭示地震动作用下输油管道中流体动压力随输送介质液面高度、管径等影响因素的时变机理及沿管道长度方向的分布特点尤为重要。[方法]以跨度为6 m的简支跨越管道和原油介质组成的管道-流体耦合系统为研究对象，建立了5种模拟地震诱发动压力的有限元计算模型，分别设置了模型的初始条件、地震波加载条件以及原油液面的边界条件，提取不同管道外径（987 mm、1 067 mm、1 147 mm）及不同液面高度（0.25 r、0.5 r、0.75 r，r为管道内径）下管内流体的动压力30 s时程反应，得到了管道同一截面动压力随时间的分布云图、沿管道长度方向的动压力分布曲线及关键节点的时程曲线。[结果]管道内流体开始流动后的动压力在第10 s达到稳定状态；输入地震动时程参数后，动压力在管道长度方向的分布不均匀，跨中区域变化最显著，管道同一截面上不同节点动压力峰值最大相差约4.5倍；原油介质的液面高度对地震动引起的动压力有较大影响，同样条件下地震动引起的动压力随液面高度增大而减小；内径为1 118 mm的管道内原油由于流动引起的动压力最小，但在地震动作用下，动压力变化最为显著。[结论]研究成果可为地震动作用下输油管道中流体动压力测试及输油管道抗震设计提供理论依据。