(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210986627.3 (22)申请日 2022.08.17 (71)申请人 西安石油大 学 地址 710065 陕西省西安市雁塔区电子二 路东段18号 (72)发明人 翁光远　许晨曦　兰官奇　王乐　 朱熹育　张煜敏　 (74)专利代理 机构 陕西宝盾云知识产权代理事 务所(普通 合伙) 61294 专利代理师 赵艳 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于流固耦合效应等效的管道动力特 性分析方法 (57)摘要 本发明提供一种基于流固耦合效应等效的 管道动力特性分析方法， 属于 管道动力特性分析 技术领域， 该方法包括如下步骤： S1、 确定输油气 管道的几何模型参数以获取第一参数； S2、 确定 输油气管道介质静/动力参数以获取第二参数； S3、 确定等效弹簧质量块力学参数以获取第三参 数； S4、 基于第一参数、 第一参数以及第三参数构 建弹簧等效模型； S5、 基于弹簧等效模型建立考 虑流固耦合效应的有限元计算模型； S6、 基于有 限元计算模型输出包含介质 耦合效应的等效弹 簧‑输油气管道动力特性以获取计算结果； S7、 基 于计算结果 设计优化输油气管道 集输方案。 本发 明旨在解决现有技术中计算时间相对较大、 结构 复杂、 错误率较高导致工作量大幅度增加的技术 问题。 权利要求书3页 说明书9页 附图4页 CN 115374559 A 2022.11.22 CN 115374559 A 1.一种基于流固耦合效应等效的管道动力特性分析 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 确定输油气管道的几何模型参数以获取第一 参数； S2、 确定输油气管道介质静/动力参数以获取第二 参数； S3、 确定等效弹簧质量 块力学参数以获取第三 参数； S4、 基于所述第一 参数、 所述第一 参数以及所述第三 参数构建弹簧 等效模型； S5、 基于弹簧 等效模型建立 考虑流固耦合效应的有限元计算模型； S6、 基于所述有限元计算模型输出包含介质耦合效应的等效弹簧 ‑输油气管道动力特 性以获取计算结果； S7、 基于所述计算结果设计优化输油气管道集输方案 。 2.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合效应等效的管道动力特性分析方法， 其特 征在于， 在步骤S1中， 所述第一 参数包括管道口径、 管道材质、 管道跨度以及管道约束； 在步骤S2中， 所述第二 参数包括介质 质量、 介质粘弹系数、 介质流速以及 介质充满度； 在步骤S3中， 所述第三参数包括弹簧质量、 弹簧弹性系数、 以及弹簧与质量块数量以及 分布。 3.根据权利要求2所述的一种基于流固耦合效应等效的管道动力特性分析方法， 其特 征在于， 在步骤S3中， 基于弹簧光顺方法计算等效弹簧质量块力学参数， 继而获取第三参 数。 4.根据权利要求3所述的一种基于流固耦合效应等效的管道动力特性分析方法， 其特 征在于， 在步骤S3中， 所述弹簧 光顺方法包括如下步骤： 通过计算弹簧节点之间的力平衡方程获取 各节点光顺后位置， 所述力平衡方程 为： 式中： 及 分别为弹簧节点 i与弹簧节点j的位移； ni为与弹簧节点 i相连的节点数量； kij为弹簧节点 i与弹簧节点j之间的弹性系数； 弹簧弹性系数定义 为： 式中： kfac为Spring Constant Factor， 是一输入值； 当弹簧力达 到平衡时， 可计算得到： 式中： m为迭代次数； 当弹簧节点 i的位移计算得到之后， 即更新网格位置：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115374559 A 2继而获取弹簧弹性系数、 弹簧与质量块数量以及分布， 最终基于介质质量以及质量块 数量获取质量 块质量。 5.根据权利要求4所述的一种基于流固耦合效应等效的管道动力特性分析方法， 其特 征在于， 在步骤S4中， 所述弹簧 等效模型包括： 管道等效模块(10 0)； 弹簧等效模块(200)， 其设有多组， 多组所述弹簧等效模块(200)等距设置于所述管道 等效模块(100)内壁上， 每组所述弹簧等效模块(200)均设有多个， 多个所述弹簧等效模块 (200)呈环形地均匀分布； 质量块等效模块(300)， 其数量与所述弹簧等效模块(200)数量相匹配， 每个所述质量 块等效模块(3 00)分别设于所述弹簧 等效模块(20 0)远离所述管道等效模块(10 0)的端部 。 6.根据权利要求5所述的一种基于流固耦合效应等效的管道动力特性分析方法， 其特 征在于， 在步骤S5中， 所述有限元计算模 型采用k‑ε模型， 其中， k ‑ε模型采用流体流动方程， 所述流体流动方程 为： 式中： k为湍流动能； ε为流体湍流动能的耗散率； μt为湍流粘度系数； σk和σε为湍流普朗特 数； Gk为平均速度梯度引起的湍动能生成项； Gb为为浮力产生的湍动能项； Ym为可压缩湍流脉动的影响； C1＝max[0.43, η/( η+5)]， η＝Sk/ ε， C2、 C1 ε和C3 ε为常数； Sk和Sε为源项。 7.根据权利要求6所述的一种基于流固耦合效应等效的管道动力特性分析方法， 其特 征在于， 基于连续方程及动量方程以获取流体流动方程， 其中： 所述连续 性方程为： 式中： t为时间； ρ 为流体密度； ui为各方向上的流体速度分量； 所述动量方程 为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115374559 A 3