气液两相流诱发柔性悬跨管道振动的理论与实验研究：表观流速对模态特性及振动响应的作用机制

本文通过建立动态模型结合可视化实验，深入探讨气液两相流中表观流速（USG/USL）对柔性悬跨管道模态特性与振动响应的影响。研究发现流速增大会导致固有频率降低、稳定性丧失及多模态现象，并通过相关性分析揭示了离心力、压力、科氏力（Coriolis force）对模态的主导作用，以及惯性力与重力对振动响应的关键影响，为深海洋资源开发中管道安全设计提供重要理论依据。

　　

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Theoretical model

本研究聚焦于输送气液两相流的柔性悬跨管道的动力学特性。为构建流体-结构相互作用（Fluid-Structure Interaction, FSI）模型，采用了一系列合理假设：将海洋油气开采中使用的钢制悬跨管道简化为硅胶柔性悬跨管道（图1），并假设内部气液两相流为连续介质。

Experiments

为进一步验证模型适用性并探究柔性悬跨管道振动响应的跨向演化和时频特性，在不同气液相表观流速下开展了一系列可视化实验。本节介绍了实验装置，并通过重复性测试结果证明了实验数据的可靠性。

Results and discussion

本节结合理论与实验结果，分析输送两相流的柔性悬跨管道的动力学特性。具体结构如下：4.1节基于理论结果研究表观流速对模态特性的影响；4.2节重点讨论实验发现的不同表观流速下的振动响应。

Conclusions

本研究通过建立能描述流体-结构相互作用力影响的动态模型，并结合不同气液相表观流速（U_SG/U_SL）下的可视化实验，探究了柔性悬跨管道输送两相流的模态特性与振动响应。