Visualização do campo de fluxo em torno de um encanamento vibratório dentro de um furo de Scour do equilíbrio

Summary

O objetivo do protocolo é permitir a visualização dos campos detalhados do fluxo e a determinação da tesoura Near-Boundary e das tensões normais dentro de um furo do vasculhar do equilíbrio induzido por um encanamento de vibração.

Abstract

Um método experimental é apresentado neste papel para facilitar o visualização dos campos detalhados do fluxo e a determinação da tesoura Near-Boundary e de tensões normais dentro de um furo vasculhar do equilíbrio induzido por um encanamento de vibração. Este método envolve a implementação de um sistema de vibração de pipeline em uma linha reta, um sistema de Velocimetria de imagem de partícula resolvida pelo tempo (PIV) para medições de rastreamento de deslocamento de pipeline e campos de fluxo. As séries temporais de deslocamento do gasoduto vibratório são obtidas usando os algoritmos de correlação cruzada. As etapas para processar imagens carregadas de partículas brutas obtidas usando o PIV de tempo resolvido são descritas. Os campos instantâneos detalhados do fluxo em torno do encanamento de vibração em fases de vibração diferentes são calculados usando um algoritmo da Cruz-correlação do múltiplo-tempo-intervalo para evitar o erro do viés do deslocamento nas regiões do fluxo com um grande inclinação da velocidade . Aplicando a técnica de transformação wavelet, as imagens capturadas que têm a mesma fase vibratória são catalogadas com precisão antes que os campos de velocidade de fase média sejam obtidos. As principais vantagens da técnica de medição de vazão descrita neste artigo são que ela tem uma resolução temporal e espacial muito alta e pode ser usada simultaneamente para obter a dinâmica do pipeline, os campos de fluxo e as tensões de fluxo próximo do limite. Usando esta técnica, os estudos mais detalhados do campo de fluxo 2-dimensional em um ambiente complexo, tal como aquele em torno de um encanamento de vibração, podem ser conduzidos para compreender melhor o mecanismo sofisticado associado do vasculhar.

Introduction

Os dutos submarinos são amplamente utilizados em ambientes offshore com a finalidade de transporte de produtos fluidos ou Hidrocarbono. Quando um encanamento é coloc em um leito marinho erodible, um furo do vasculhar em torno do encanamento é provável se formar por causa das ondas, das correntes ou dos movimentos dinâmicos do encanamento próprio (forçado-vibração ou Vortex-induzido-vibração)^1,2. Para melhorar a compreensão do mecanismo de vasculhar em torno de um encanamento Subsea, as medidas dos campos de fluxo turbulento e as estimativas da tesoura da cama e das tensões normais dentro da região da interação do encanamento-fluido-fundo são essenciais além do que medições da dimensão do orifício de vasculhar^{1,2,3,4,5,6,7.} Em um ambiente onde o cisalhamento da cama e as tensões normais são extremamente difíceis de ser determinado porque o campo de fluxo é instável e o limite inferior é áspero, tensões instantâneas medidos do próximo-limite (em aproximadamente 2 milímetros acima do limite) poderiam ser usado como o seu substituto^8,9. Nas últimas décadas, o vasculhar em torno de um encanamento vibratório foi estudado e publicado sem apresentar quantitativamente os valores dos campos sofisticados do fluxo em torno do encanamento dentro do furo de vasculhar^{3,4, 5,10,11,12,13,14,15,16},^17, de ^{18 anos}. Conseqüentemente, o objetivo deste papel do método é fornecer um protocolo experimental novo para visualizar os campos detalhados do fluxo e determinar a tesoura Near-Boundary e tensões normais dentro de um furo vasculhar do equilíbrio induzido por um encanamento de vibração forçado. Deve-se notar que o processo de interação oleoduto-fluido-marinho neste estudo está em um ambiente de água quiescente em vez daqueles com correntes e ondas unidirecionais.

Este método experimental consiste em dois componentes importantes, a saber, (1) simulação de vibrações do encanamento (forçado); e (2) medições dos campos de fluxo em torno do pipeline. No primeiro componente, o encanamento vibratório foi simulado em uma peneira experimental usando um sistema de vibração, que tenha um servo motor, duas molas de conexão, e frames suportando do encanamento. As freqüências e as amplitudes diferentes da vibração podem ser simuladas ajustando a velocidade do motor e a posição das molas de conexão. No segundo componente, as técnicas de velocidade de imagem de partícula (PIV) e de transformação wavelet foram adotadas para obter dados de campo de fluxo de alta resolução temporal e espacial em diferentes fases de vibração do pipeline. O sistema PIV tempo-resolved consiste em um laser contínuo da onda, em uma câmera de alta velocidade, em partículas de propagação, e em algoritmos da Cruz-correlação. Embora as técnicas de PIV tenham sido amplamente utilizadas na obtenção de campos de fluxo turbulentos estáveis¹⁹,^{20,21,22,23,24,25}, as aplicações em condições de campo de fluxo instável complexas, como os casos de interação fluidoduto-fluidos-marinhos, são relativamente limitadas^8,9,26,27. A razão provavelmente é porque o algoritmo de correlação cruzada de intervalo único tradicional de técnicas de PIV é incapaz de capturar com precisão os recursos de fluxo em campos de fluxo instável onde um gradiente de velocidade relativamente alta está presente^{9, vinte}anos. O método descrito neste documento pode resolver esse problema usando o algoritmo de correlação cruzada de intervalo múltiplo de tempo^9,28.

Protocol

1. verificação de segurança laboratorial Rever as regras de segurança relativas à utilização do sistema de laser e de Flume. Assegure-se de que os requisitos de treinamento de segurança do laboratório foram atendidos.Nota: neste experimento, um conjunto de 5W de ar-resfriamento de onda contínua laser com um comprimento de onda de 532 nm e um vidro-face reta Flume (Figura 1) com dimensões de 11 m comprimento, 0,6 m largura, e 0,6 m profundidade são utilizad…

Representative Results

Um exemplo da comparação entre a imagem bruta e a imagem processada do rastreamento de deslocamentos de pipeline e o cálculo da velocidade instantânea é mostrado na Figura 3. Como mostrado na Figura 3b, as partículas de propagação e o ruído na imagem bruta são filtrados e a aresta de pipeline brilhante é mantida para obter a série temporal de deslocamento. Como mostrado nas figuras 3C, os espalhadores/reflexões da l…

Discussion

O protocolo apresentado neste artigo descreve um método para visualização dos campos de fluxo bidimensional e determinação dos campos de tensão de fluxo próximo ao redor de um pipeline de vibração forçado em um furo de vasculhar de equilíbrio usando as técnicas de PIV. Desde que o movimento projetado do encanamento é unidimensional ao longo da direção y , preparando e ajustando o modelo do encanamento e o sistema da vibração para cumprir este objetivo são pré-requisitos críticos para um resul…

Materials

Camera control software	Vision Research	Phantom PCC 2.6	Camera control, image data acquisition and processing
Camera lens	Nikon Chiyoda		Nikor  60mm, f=2.8 prime lens
Continuous wave laser	Beijing Laserwave optoelectronics technology co. ltd.		PIV Laser source; Nd:YAG laser, 532 nm; air-cooling
High-speed camera	Vision Research	Phantom Miro 120	Image data recording
Laser sheet forming optics	Thorlabs Inc		Transform the point laser to a thin laser sheet
Pipeline model	ZONCEPZ SOLUTIONS		Acrylic cylinder with a diameter of 35 mm
Pipeline vibration system	ZONCEPZ SOLUTIONS		Consists of a sever motor, two connecting springs and pipeline supporting frames.
PIV calcuation software	AXESEA Engineering Technology Limited Co.	PISIOU	Image data processing for obtaining flow fields and pipeline displacements
PIV seeding materials	Shimakyu		Aluminum powder with a diameter of 10um
Recirculating flume	SZU ENGINEERING PTE LTD		Glass-sided, 11 m long, 0.6 m wide, and 0.6 m deep
Tri-pod	MANFROTTO	SKU MT190GOC4US 410	Camara supporting