بررسی نیروهای هیدرودینامیکی لحظه‌ای وارد بر خطوط لوله فراساحلی سوار بر هم تحت جریان‌های دائمی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند

2 گروه عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان

چکیده

در خطوط لوله انتقال نفتی، نیروهای وارده به لوله­ ها از پارامترهای مهم طراحی به­ شمار می­روند. 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 می­گیرد؛ از اینرو 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، تاثیر 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 تاثیر 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 و برآ لوله‌‌ اصلی به ترتیب در حدود 15% و 30% کاهش می­یابد. 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

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation into temporal hydrodynamics forces on offshore Piggyback pipelines due to steady currents

نویسندگان [English]

  • Hamed Chehrehgosha 1
  • Habib Hakimzadeh 1
  • Nazila Kardan 2
1 Sahand University
2 Azarbaijan shahid Madani University
چکیده [English]

In this study, Investigation into temporal hydrodynamic forces on offshore Piggyback pipelines due to steady currents. All simulations are performed in 3D using ANSYS FLUENT16.0 and FLOW-3D v11.1 softwares environments. First, the capabilities of the above two softwares for the mentioned problem were investigated and after selecting the software with higher accuracy (ANSYS FLUENT), it was used for this research study. Also, after initial investigations, the model of large eddy simulation (LES) and regular cell formation were selected. By changing the fluid flow velocity and the diameter of the main cylinder, the effect of the Reynolds number variations on the coefficients of instantaneous hydrodynamic forces exerted on the piggyback pipelines was investigated. The effect of the relative distance of the main cylinder to the bed (e/D), the relative distance of the two cylinders from of other (G/D), and the relative diameter (d/D) were investigated.

Some important results are as follows:

As the fluid flow velocity increases, the number and amplitude of oscillations of the hydrodynamic force coefficients increase. Also, with the addition of sub pipelines, we see a decrease of about 65% has been found for the time averaged of the main cylinder.

By reducing the relative distance between the main cylinder and the bed (e/D), the number and range of oscillations of the hydrodynamic forces coefficients of the sub-cylinder have been reduced. Using the sub-pipeline,

کلیدواژه‌ها [English]

  • Piggyback Pipelines
  • hydrodynamics forces
  • Turbulent Flow
  • Fluent
  • Numerical simulation