بررسي نيروهاي هيدروديناميكي لحظه‌اي وارد بر خطوط لوله فراساحلي مركب تحت جريان‌هاي دائمي

در خطوط لوله انتقال نفتي، نيروهاي وارده به لوله ها از پارامترهاي مهم طراحي به شمار مي روند. مقدار اين نيروها بر حسب تغيير در نحوه قرارگيري لوله هاي مجاور نظير فاصله بين لوله ها، نسبت ابعاد لوله ها و نيز آرايش قرارگيري آن ها تحت تأثير قرار مي گيرد؛ از اين رو در پژوهش حاضر، بررسي تغييرات نيروهاي هيدروديناميكي براي حالات مختلف قرارگيري لوله ها تحت شرايط هيدروديناميكي مختلف مورد توجه قرار گرفته است. در اين راستا، نيروهاي هيدروديناميكي لحظه‌اي وارد بر خطوط لوله فراساحلي مركب تحت جريان‌هاي دائمي محاسبه و مورد تحليل قرار گرفته اند. كليه شبيه‌سازي‌ها به‌صورت سه بعدي و در محيط نرم‌افزار ANSYS FLUENT16.0 انجام شده است. با تغيير سرعت جريان سيال و قطر سيلندر اصلي، تأثير تغييرات عدد رينولدز بر ضرايب نيروهاي هيدروديناميكي لحظه‌اي وارد بر خطوط لوله مركب مورد بررسي قرار گرفت. پس از بررسي‌هاي اوليه، مدل آشفتگي گردابه‌هاي بزرگ (LES) و سلول‌بندي منظم انتخاب گرديد. در ادامه تأثير فاصله نسبي سيلندر اصلي تا بستر (e/D)، فاصله نسبي دو سيلندر از يكديگر (G/D) و قطر نسبي (d/D) مورد پژوهش قرار گرفت. نتايج نشان داد با افزايش سرعت، مقادير ميانگين زماني ضرايب پسا (Drag coefficient) و برآ (Lift coefficient) لوله‌‌ اصلي به ترتيب در حدود 15% و 30% كاهش مي يابد. در مورد لوله‌‌ فرعي اين كاهش براي ميانگين زماني ضرايب پسا و برآ به ترتيب در حدود 13% و 25% است. اما با افزودن لوله فرعي سوار بر لوله اصلي، مقادير ميانگين زماني ضرايب نيروهاي هيدروديناميكي وارد بر لوله‌‌ اصلي كاهش چشمگيري پيدا مي كند به گونه اي كه اين مقادير در مورد ضريب برآ كاهشي حدود 40% را نشان مي دهد كه اين امر سبب كاهش آسيب جدي به خط لوله اصلي مي‌گردد. همچنين با افزايش فاصله نسبي بين لوله‌هاي اصلي و فرعي تا مقدار 0/2، مقدار متوسط زماني ضريب برآ در مورد لوله اصلي ابتدا افزايش يافته و سپس به مقدار ثابت (تغييرات نامحسوس) رسيد. با افزايش فاصله نسبي بين لوله‌ها نيز، مقادير متوسط زماني ضريب پسا براي لوله فرعي افزايش يافت. سرانجام مشاهده گرديد كه با افزايش قطر سيلندر اصلي سطح برخورد سيال به سيلندرها افزايش يافته كه اين امر موجب افزايش دامنه نوسانات ضرايب نيروهاي هيدروديناميكي گرديد.