Αλληλεπίδραση ροής - δομής σε υποθαλάσσιο αγωγό από σύνθετα υλικά υπό την παρουσία θαλάσσιων ρευμάτων
Ο σχεδιασμός και η λειτουργία των υποθαλάσσιων αγωγών είναι σύνθετες και πολύπλοκες διαδικασίες, λόγο της φύσης του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Η καταπόνηση των υποθαλάσσιων αγωγών προέρχεται από φορτία λειτουργίας, περιβαλλοντικά φορτία, φορτία κατά την εγκατάσταση και φορτία που προκύπτουν από ατύ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2017
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/10600 |
| id |
nemertes-10889-10600 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Αλληλεπίδραση ροής - δομής Σύνθετα υλικά Υποθαλάσσιοι αγωγοί Fluid - structure interaction Composite materials Subsea riser tube 622.338 2 |
| spellingShingle |
Αλληλεπίδραση ροής - δομής Σύνθετα υλικά Υποθαλάσσιοι αγωγοί Fluid - structure interaction Composite materials Subsea riser tube 622.338 2 Φανουργάκης, Σταμάτιος Αλληλεπίδραση ροής - δομής σε υποθαλάσσιο αγωγό από σύνθετα υλικά υπό την παρουσία θαλάσσιων ρευμάτων |
| description |
Ο σχεδιασμός και η λειτουργία των υποθαλάσσιων αγωγών είναι σύνθετες και πολύπλοκες
διαδικασίες, λόγο της φύσης του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Η καταπόνηση των υποθαλάσσιων
αγωγών προέρχεται από φορτία λειτουργίας, περιβαλλοντικά φορτία, φορτία κατά την εγκατάσταση
και φορτία που προκύπτουν από ατύχημα. Ένα βασικό περιβαλλοντικό φορτίο που καταπονεί τους
κάθετους υποθαλάσσιους αγωγούς, αποτελεί η επιρροή του φαινομένου V.I.V. (Vortex Induced
Vibrations). Στην παρούσα εργασία, με τίτλο «Αλληλεπίδραση Ροής – Δομής σε Υποθαλάσσιο Αγωγό
από Σύνθετα Υλικά υπό την Παρουσία Θαλάσσιων Ρευμάτων», βασικός σκοπός είναι η ορθή
μοντελοποίηση και η μελέτη της αλληλεπίδρασης ροής δομής σε υποθαλάσσιους αγωγούς. Πιο
συγκεκριμένα, βασικοί στόχοι είναι η δημιουργία «ελαφρών» από υπολογιστικής πλευράς μοντέλων,
η μελέτη της απόκρισης τμήματος του κατακόρυφου αγωγού του συστήματος DIFIS και του
συστήματος MIFIS σε θαλάσσια ρεύματα με κύριο στόχο την μελέτη των υλικών κατασκευής του
αγωγού και του μήκους του ώστε να μειωθεί ο χρόνος εγκατάστασης των κάθετων αγωγών στα
συστήματα DIFIS και MIFIS. Η μείωση του χρόνου εγκατάστασης είναι μείζονος σημασίας μιας και
τα δύο συστήματα χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση πετρελαιοκηλίδων (DIFIS) καθώς και του
μίγματος πετρελαίου/αερίου ύστερα από βύθιση παράκτιων κατασκευών (Blow – Out) (MIFIS). Η
εργασία αποτελείται από 9 κεφάλαια τα οποία περιέχουν τις απαραίτητες πληροφορίες για την πλήρη
κατανόηση των αποτελεσμάτων της εργασίας.
Αναλυτικότερα, στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται η περιγραφή του προβλήματος και γίνεται
αναφορά στην υπάρχουσα βιβλιογραφία. Ακόμα, παρουσιάζονται ο σκοπός και οι στόχοι της εργασίας.
Στο κεφάλαιο 2, γίνεται εκτενής αναφορά στο σύστημα DIFIS, δίνοντας έμφαση στα τμήματα μελέτης
του συστήματος. Εν συνεχεία, στο κεφάλαιο 3, γίνεται περιγραφή της έννοιας «αλληλεπίδραση ροής –
δομής» και παρουσιάζονται στοιχεία θεωρίας που διέπουν την μηχανική των ρευστών και την δυναμική
των κατασκευών. Στο 4ο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι αναλύσεις αναφοράς που διεξήχθησαν με σκοπό
την αξιολόγηση της λειτουργίας αλληλεπίδρασης ροής – δομής του προγράμματος Abaqus. Στο
κεφάλαιο 5, γίνεται αναφορά στις παραμέτρους και τις υποθέσεις που χρησιμοποιήθηκαν στην
δημιουργία των μοντέλων CFD και CSD. Επιπρόσθετα, παρουσιάζεται η μελέτη σύγκλισης πλέγματος
για τα μοντέλα. Τα αποτελέσματα της εργασίας παρουσιάζονται στα κεφάλαια 6, 7 και 8. Τέλος, στο
κεφάλαιο 9, γίνεται μια ολοκληρωμένη παρουσίαση των αποτελεσμάτων της εργασίας και γίνονται
προτάσεις για μελλοντική μελέτη.
Στα αποτελέσματα, για τμήμα του κάθετου αγωγού του συστήματος DIFIS παρατηρήθηκε
ψευδοστατική απόκριση για χαμηλές ταχύτητες ροής και ταλαντωτική συμπεριφορά με ταλάντωση
σταθερού πλάτους για υψηλότερη ταχύτητα ροής. Επίσης, με αντικατάσταση του πλαστικού αγωγού
του συστήματος DIFIS, από αγωγό, μεγαλύτερου μήκους, κατασκευασμένου από σύνθετα υλικά, είναι
εφικτή η μείωση του χρόνου εγκατάστασης του συστήματος DIFIS. Τέλος, το τμήμα του αγωγού του
συστήματος MIFIS παρατηρήθηκε ότι δεν διεγείρεται από τις δυνάμεις ροής σε συγκεκριμένη
ταχύτητα. |
| author2 |
Κωστόπουλος, Βασίλης |
| author_facet |
Κωστόπουλος, Βασίλης Φανουργάκης, Σταμάτιος |
| format |
Thesis |
| author |
Φανουργάκης, Σταμάτιος |
| author_sort |
Φανουργάκης, Σταμάτιος |
| title |
Αλληλεπίδραση ροής - δομής σε υποθαλάσσιο αγωγό από σύνθετα υλικά υπό την παρουσία θαλάσσιων ρευμάτων |
| title_short |
Αλληλεπίδραση ροής - δομής σε υποθαλάσσιο αγωγό από σύνθετα υλικά υπό την παρουσία θαλάσσιων ρευμάτων |
| title_full |
Αλληλεπίδραση ροής - δομής σε υποθαλάσσιο αγωγό από σύνθετα υλικά υπό την παρουσία θαλάσσιων ρευμάτων |
| title_fullStr |
Αλληλεπίδραση ροής - δομής σε υποθαλάσσιο αγωγό από σύνθετα υλικά υπό την παρουσία θαλάσσιων ρευμάτων |
| title_full_unstemmed |
Αλληλεπίδραση ροής - δομής σε υποθαλάσσιο αγωγό από σύνθετα υλικά υπό την παρουσία θαλάσσιων ρευμάτων |
| title_sort |
αλληλεπίδραση ροής - δομής σε υποθαλάσσιο αγωγό από σύνθετα υλικά υπό την παρουσία θαλάσσιων ρευμάτων |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/10600 |
| work_keys_str_mv |
AT phanourgakēsstamatios allēlepidrasēroēsdomēsseypothalassioagōgoaposynthetaylikaypotēnparousiathalassiōnreumatōn AT phanourgakēsstamatios fluidstructureinteractioninsubsearisertubertfromcompositematerialsinthepresenceofseacurrents |
| _version_ |
1771297286439043072 |
| spelling |
nemertes-10889-106002022-09-05T20:43:15Z Αλληλεπίδραση ροής - δομής σε υποθαλάσσιο αγωγό από σύνθετα υλικά υπό την παρουσία θαλάσσιων ρευμάτων Fluid - structure interaction in subsea riser tube (RT) from composite materials in the presence of sea currents Φανουργάκης, Σταμάτιος Κωστόπουλος, Βασίλης Μαζαράκος, Δημήτριος Κωστόπουλος, Βασίλης Λούτας, Θεόδωρος Μάργαρης, Διονύσιος Fanourgakis, Stamatios Αλληλεπίδραση ροής - δομής Σύνθετα υλικά Υποθαλάσσιοι αγωγοί Fluid - structure interaction Composite materials Subsea riser tube 622.338 2 Ο σχεδιασμός και η λειτουργία των υποθαλάσσιων αγωγών είναι σύνθετες και πολύπλοκες διαδικασίες, λόγο της φύσης του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Η καταπόνηση των υποθαλάσσιων αγωγών προέρχεται από φορτία λειτουργίας, περιβαλλοντικά φορτία, φορτία κατά την εγκατάσταση και φορτία που προκύπτουν από ατύχημα. Ένα βασικό περιβαλλοντικό φορτίο που καταπονεί τους κάθετους υποθαλάσσιους αγωγούς, αποτελεί η επιρροή του φαινομένου V.I.V. (Vortex Induced Vibrations). Στην παρούσα εργασία, με τίτλο «Αλληλεπίδραση Ροής – Δομής σε Υποθαλάσσιο Αγωγό από Σύνθετα Υλικά υπό την Παρουσία Θαλάσσιων Ρευμάτων», βασικός σκοπός είναι η ορθή μοντελοποίηση και η μελέτη της αλληλεπίδρασης ροής δομής σε υποθαλάσσιους αγωγούς. Πιο συγκεκριμένα, βασικοί στόχοι είναι η δημιουργία «ελαφρών» από υπολογιστικής πλευράς μοντέλων, η μελέτη της απόκρισης τμήματος του κατακόρυφου αγωγού του συστήματος DIFIS και του συστήματος MIFIS σε θαλάσσια ρεύματα με κύριο στόχο την μελέτη των υλικών κατασκευής του αγωγού και του μήκους του ώστε να μειωθεί ο χρόνος εγκατάστασης των κάθετων αγωγών στα συστήματα DIFIS και MIFIS. Η μείωση του χρόνου εγκατάστασης είναι μείζονος σημασίας μιας και τα δύο συστήματα χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση πετρελαιοκηλίδων (DIFIS) καθώς και του μίγματος πετρελαίου/αερίου ύστερα από βύθιση παράκτιων κατασκευών (Blow – Out) (MIFIS). Η εργασία αποτελείται από 9 κεφάλαια τα οποία περιέχουν τις απαραίτητες πληροφορίες για την πλήρη κατανόηση των αποτελεσμάτων της εργασίας. Αναλυτικότερα, στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται η περιγραφή του προβλήματος και γίνεται αναφορά στην υπάρχουσα βιβλιογραφία. Ακόμα, παρουσιάζονται ο σκοπός και οι στόχοι της εργασίας. Στο κεφάλαιο 2, γίνεται εκτενής αναφορά στο σύστημα DIFIS, δίνοντας έμφαση στα τμήματα μελέτης του συστήματος. Εν συνεχεία, στο κεφάλαιο 3, γίνεται περιγραφή της έννοιας «αλληλεπίδραση ροής – δομής» και παρουσιάζονται στοιχεία θεωρίας που διέπουν την μηχανική των ρευστών και την δυναμική των κατασκευών. Στο 4ο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι αναλύσεις αναφοράς που διεξήχθησαν με σκοπό την αξιολόγηση της λειτουργίας αλληλεπίδρασης ροής – δομής του προγράμματος Abaqus. Στο κεφάλαιο 5, γίνεται αναφορά στις παραμέτρους και τις υποθέσεις που χρησιμοποιήθηκαν στην δημιουργία των μοντέλων CFD και CSD. Επιπρόσθετα, παρουσιάζεται η μελέτη σύγκλισης πλέγματος για τα μοντέλα. Τα αποτελέσματα της εργασίας παρουσιάζονται στα κεφάλαια 6, 7 και 8. Τέλος, στο κεφάλαιο 9, γίνεται μια ολοκληρωμένη παρουσίαση των αποτελεσμάτων της εργασίας και γίνονται προτάσεις για μελλοντική μελέτη. Στα αποτελέσματα, για τμήμα του κάθετου αγωγού του συστήματος DIFIS παρατηρήθηκε ψευδοστατική απόκριση για χαμηλές ταχύτητες ροής και ταλαντωτική συμπεριφορά με ταλάντωση σταθερού πλάτους για υψηλότερη ταχύτητα ροής. Επίσης, με αντικατάσταση του πλαστικού αγωγού του συστήματος DIFIS, από αγωγό, μεγαλύτερου μήκους, κατασκευασμένου από σύνθετα υλικά, είναι εφικτή η μείωση του χρόνου εγκατάστασης του συστήματος DIFIS. Τέλος, το τμήμα του αγωγού του συστήματος MIFIS παρατηρήθηκε ότι δεν διεγείρεται από τις δυνάμεις ροής σε συγκεκριμένη ταχύτητα. The design and operation of subsea risers are complex processes, due to the particularity of marine/subsea environment. There are different types of loads that apply in a marine structure and lead to fatigue. Such loads are, functional, environmental, accidental and installation. The Vortex – Induced Vibrations (V.I.V.) phenomenon, is the most common effect in marine and subsea risers, caused by environmental loads and has become the most important issue in risers design. Vortex – induced vibration occurs anytime when a sufficient bluff body is exposed to a fluid flow that produces vortex shedding at, or near, a structural natural frequency of the body. High frequency vibration of the riser pipe due to vortex shedding leads to high frequency cyclic stresses, which can result in high rates of fatigue damage. In order to prevent this, is necessary to obtain the response of the riser, exposed to hydrodynamic forces. This can be achieved from a fluid – structure interaction (F.S.I.) analysis. F.S.I is the interaction between a movable or deformable structure with an internal or surrounding fluid flow. Fluid – structure interactions are a crucial consideration in the design of many engineering systems, e.g. aircraft, bridges and marine risers. In this master thesis, entitled “Fluid – Structure Interaction in Subsea Riser Tube (RT) from Composite Material, in the Presence of Sea Currents”, the main scope was the correct modeling and study of a 2 – way fluid – structure interaction analysis. Specifically, the fluid – structure interaction analysis is an important part of the study of riser’s structural materials and length. The reduction of the installation time of the riser tube sections of DIFIS and MIFIS is crucial parameter. The DIFIS system is used for oil recovery from shipwrecks and the MIFIS system is used for oil/gas after an offshore blow – out, so the reduction of the RT installation time is major item. The legitimate application of the problem’s physics, in the creation of CFD and CSD models, without augment the computational cost and time, was the philosophy in the fluid – structure interaction analyses. Concisely, the aims of this thesis were: The reduction of installation time of DIFIS system (oil recovery), using longer section of riser tube, The F.S.I. study of riser tube section of MIFIS system (blow – out recovery), The F.S.I. study of riser tube section of DIFIS system, in a variety of Re and The creation of computational models (CFD, CSD) with good result accuracy but low requirements. The study’s results have concluded that the section of the riser tube of DIFIS system responds pseudo static in low Reynolds numbers and oscillatory in greater Reynolds numbers. Using composite materials for DIFIS RT section, lower amount of RT parts can be presented in whole RT column. The comparison between a polyethylene riser tube of 15 meters and a composite riser tube of 30 meters, has concluded that the response is oscillatory in both risers but the composite riser has lower displacements in both axes x (parallel to flow) and y (vertical to flow). Finally, the F.S.I. analysis of the MIFIS RT section, denoted that the amplitudes of the oscillation in the axes x and y, due to hydrodynamic forces are low, having only low wall vibrations without VIV response. 2017-08-25T06:20:16Z 2017-08-25T06:20:16Z 2017-07-04 Thesis http://hdl.handle.net/10889/10600 gr 0 application/pdf |
