海洋立管繞流的數(shù)值模擬及渦激振動抑振試驗.pdf

1、海洋工程中應用的海洋立管等管線結構，會受到流體的繞流分離作用，流體在發(fā)生漩渦脫落的同時，會在其橫流向和順流向產(chǎn)生周期性的作用力，引發(fā)結構的渦激振動。當漩渦脫落頻率與結構的自振頻率相同或相近時，會發(fā)生“鎖定(Lock in)”現(xiàn)象，使結構的振動強度和振幅明顯增加，加速立管的疲勞破壞進程。
　　由于管線眾多，立管相互之間的干擾作用使得周圍的流場變得非常復雜。本文運用計算流體動力學的方法，通過建立圓柱體繞流模型，模擬繪制出管線周圍的流場

2、形式，分析漩渦的脫落規(guī)律，并選擇常見的螺旋導板抑振裝置，設計了階段流作用下的渦激振動抑振試驗，研究其抑振效果受排列方式影響的規(guī)律。
　　首先，運用計算流體動力學軟件，將海洋立管簡化為剛性的圓柱體結構模型，進行二維靜止繞流的數(shù)值模擬，研究在低亞雷諾數(shù)區(qū)間內和串、并列方式下，雷諾數(shù)和柱間距的變化對其尾流形式、漩渦脫落頻率、剪切層分離點位置和結構所受作用力的影響規(guī)律。通過分析在不同柱間距時某一雷諾數(shù)下的尾流流線形式，解釋不同尾流形態(tài)形成

3、的原因，并確定出不同尾流形態(tài)對應的柱間距區(qū)間以及該區(qū)間隨雷諾數(shù)變化的規(guī)律。
　　然后，根據(jù)繞流流場和漩渦脫落規(guī)律，引入導流角和導流次數(shù)的概念，分析螺旋導板通過引導徑向來流發(fā)生分離和改變漩渦脫落的規(guī)律抑制海洋立管渦激振動的原理，分析螺旋導板的螺距、螺旋數(shù)和覆蓋率等參數(shù)的變化對導流角和和導流次數(shù)的影響。
　　最后，鑒于目前較大比尺的抑振試驗多限于橫向拖曳或者均勻流流場的研究現(xiàn)狀，選用長細比為310的銅管作為試驗模型，加工制作螺高