一维弱压缩性流体与弹性管道的三维耦合系统动力学建模和数值求解

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• 作者：洪迪峰
• 会议时间：2012-09-01
• 关键词：一维弱压缩性流体 ; 管道流固耦台 ; ALE描述 ; 压力损失 ; 体积模量修正 ; 隐式BDF积分
• 作者单位：中国石油集团钻井工程技术研究院
• 母体文献：2012年钻井基础理论研究与前沿技术开发新进展学术研讨会论文集
• 会议名称：2012年钻井基础理论研究与前沿技术开发新进展学术研讨会
• 会议地点：黑龙江大庆
• 主办单位：中国石油学会
• 语种：chi
• 分类号：TG2;O34

摘要

本文假设管道本身为欧拉—伯努利梁,管道内流体为一维弱压缩性流体。将输流管道划分成若干个梁单元和流体单元,每个梁节点一一对应一个流体节点,引入任意拉格朗日—欧拉(ALE)描述,将流体的运动描述为管道运动和流体相对运动的叠加。为了建立位移格式的流体方程,将管道截面处的流体速度的时间积分定义为流通量,取流体节点处的流通量和流通量梯度作为流体单元的广义坐标,进而得到一维弱压缩性流体的轴向应变和轴向应力,运用达朗贝尔拉格朗日原理,推导了一维弱压缩性流体的动力学方程及其对梁单元的反作用力。此外,结合钻井液的工程实际,分别建立了管壁摩擦、接头变径压力损失、出口射流压力损失等边界描述方程,同时也考虑了管壁弹性和气体混合对流体声速的影响修正,提出了以隐式BDF积分器求解一维弱压缩性流体耦合系统动力学方程的数值求解方法。