[发明专利]一种预测特殊螺纹接头油套管流固耦合特性的分析方法

说明书

本发明公开了一种预测特殊螺纹接头油套管流固耦合特性的分析方法，首先，建立了特殊螺纹接头油套管的几何模型及其内部流场的计算区域；然后，分别对结构及其内部流场进行网格划分，建立了二者之间的流固耦合界面；最后，考虑耦合界面上网格尺寸之间的定量关系，解决了流体网格与结构网格间的计算差异，建立了快速、高效的数据传递方法，将流体压力传递至结构表面，进行数值计算，对计算结果进行后处理，得到了结构本身及其内部流场的动态变化过程。本方法充分考虑了特殊螺纹接头油套管结构与其内部流场的流固耦合效应，解决了耦合界面网格间的计算差异，提高了计算结果的可信度；能够实现对特殊螺纹接头油套管流‑固耦合特性进行真实、快速、高效地预测分析，增强了对特殊螺纹接头油套管设计的综合质量及其使用可靠性。

技术领域

本发明涉及一种石油管材用特殊螺纹接头油套管技术，具体涉及一种预测特殊螺纹接头油套管流固耦合特性的分析方法。

背景技术

近年来，各国对于石油、天然气等基础能源的需求大幅增加。石油油套管作为重要的能源输送介质，是石油天然气开采的主要工具。然而，随着管道输送量的不断加大，管径、壁厚及强度等的不断提升，许多原来被忽略的问题都会显现出来，如内部输送流体的振动对管道结构服役性能的影响，特殊螺纹接头油套管对内部流场的影响等。这些问题对石油管材用特殊螺纹接头油套管的结构设计、制造都提出了更高要求。

在许多实际的工程研究领域里，相关学科间日益交叉，分析计算的结构往往不是一个单独的物理场，而是处于多个物理场相互耦合中，越来越多的问题需要进行耦合场分析。对于特殊螺纹接头油套管的研究，传统的大量研究只是单一地分别集中于管体的结构特性或者管体内部的流体动力学分析。然而在实际工程中，特殊螺纹接头油套管是处在一个大型的流固耦合系统当中，管体的振动会引起内腔流体的非定常流动；反过来，内腔流体的流动又会导致管体的结构振动等。因此，基于流固耦合理论对特殊螺纹接头油套管的相关研究是十分必要和重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有技术的缺点，提供了一种用于石油管材用特殊螺纹接头油套管流固耦合特性的分析方法，解决了流体网格与固体网格之间的计算差异，建立了一种快速准确的数据传递方法，能够对特殊螺纹接头油套管流固耦合特性进行模拟计算，更加准确逼真的反映了特殊螺纹接头油套管结构及其内腔流场的动态情况，为特殊螺纹接头油套管的开发提供指导，有效降低试验成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的预测特殊螺纹接头油套管流固耦合特性的分析方法，具体包括以下步骤：

步骤一：建立特殊螺纹接头油套管的几何模型及其内部流场的计算区域；

利用三维建模软件建立特殊螺纹接头的仿真3-D模型，基于计算流体力学的基本理论建立内部流场的计算区域及其相关边界条件；

1)质量守恒方程：

2)动量守恒方程：

3)能量守恒方程：