اهمیت پدیدة ارتعاشات ناشی از فرافکنش گردابه در طراحی رایزرهای دریایی

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 استاد دانشکدۀ مهندسی مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

امروزه با افزایش میزان تقاضا در بازار محصولات نفت و گاز و اکتشافات جدید فراساحلی، صنایع فراساحلی به‌سمت آب‌های عمیق[i] و فوق‌عمیق[ii] رفته‌اند. این مسئله منجر به بروز چالش‌های بسیاری در عرصة تحلیل و طراحی سکوها و رایزرهای دریایی شده است. از جملة این مشکلات، ویژگی خستگی رایزرهای باریک و بلند در این آب‌ها، به‌سبب ارتعاشات ناشی از فرافکنش گردابه[iii] می‌باشد. ارتعاش فرکانس بالای لولة رایزر به‌دلیل جدایش گردابه منجر به ایجاد تنش‌های متناوب شدیدی می‌شود که می‌تواند به نرخ بالای تخریب ناشی از خستگی بیانجامد. تغییرات زیاد سرعت جریان در طول ستون آب، بلند و باریک‌بودن رایزر و تغییر هندسة رایزرهای آب‌های عمیق در طول بازه سبب پیچیدگی بیشتر تحلیل ارتعاشات ناشی از فرافکنش گردابه می‌شود. در این مقاله، نخست رایزرهای دریایی معرفی می‌شوند، سپس مراحل اصلی طراحی رایزرها تشریح می‌گردد. پس از آن مقدمه‌ای دربارة این پدیدة ارتعاشی و ویژگی‌های آن گفته می‌شود و نهایتاً ویژگی‌های این پدیده در مورد رایزرها، چگونگی تحلیل آن در رایزرها، محاسبة میزان تخریب و عمر خستگی و روش‌های کاهش آن تشریح می‌شود.



[i]. آب‌های عمیق اصطلاحاً به آبهایی با عمق بیش از 500 متر گفته می‌شود.


[ii]. آب‌های فوق‌عمیق به آب‌هایی با عمق بیش از 2000 متر اطلاق می‌شود.


[iii]. VIV

کلیدواژه‌ها


[1] Bai, Yong, Qiang Bai, Subsea Engineering Handbook, Elsevier, New York, 2012.

[2] Technip engineering company, http://www.technip.com (accessed Jan 15, 2014).

[3] Offshore Products & Services –Wellstream, http://www.wellstream.com (accessed Jan 10, 2014).

[4] Boyun Guo, S. Song, Offshore piplines, Elsevier, New York, 2005.

[5] Blevins, Robert D., Flow-Induced Vibration, VNR, New York, 1990.

[6] Yong Bai, Qiang Bai, Pipelines and Risers, Elsevier ocean engineering book series volume 3, Amsterdam, 2001.

[7] Wikipedia, http://www.wikipedia.com (accssed Jan 16, 2014).

[8] Iranpour, Mohammad, Farid Taheri, J. Kim Vandiver, “Structural life assessment of oil and gas risers under vortex-induced vibration,” Marine Structures 21 (2008): pp353-373.

[9] SubseaIQ offshore field development, http://www.subseaiq.com (accessed Jan 14, 2014).

[10] Williamson, C.H.K., R. Govardhan, “A brief review of recent results in vortex-induced vibrations,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96 (2008): pp713–735.

[11] Chaplin, J., et al., “Blind predictions of laboratory measurements of vortex-induced vibrations of a tension riser.” Journal of fluids and structures, 2005. 21(1): pp.25-40.

[12] Muralidharan, K., Sridhar Muddada, B.S.V. Patnaik, “Numerical simulation of vortex induced vibrations and its control by suction and blowing,” Applied Mathematical Modelling 37 (2013): pp284–307.

[13] Marcollo, Hayden, “Multimodal Vortex-Induced Vibration,” Doctoral Thesis, Monash University, Australia, 2002.

[14] Shell corporation in Alaska, http://www.shell.com/us/alaska (accessed Jan 10, 2014).

[15] Yong Bai and Qiang Bai, Subsea Pipelines and Risers, Elsevier, London, first edition, 2005.

[16] Shigehiko Kaneko, Flow-Induced Vibrations: Classifications and Lessons from Practical Experiences, Elsevier, New York, First Edition, 2008.

[17] Paidoussis, Michael P., Fluid Structure Intaractions: Cross-Flow Induced Instabilities, Cambridge University Press, New York, First Edition.