海洋立管涡激振动的数值模拟研究

发布时间：2017-12-17 08:15

  本文关键词：海洋立管涡激振动的数值模拟研究

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【摘要】：海洋立管是连接海洋平台和海底设备的通道，是海洋油气资源开发中不可或缺的重要部件。当海流以一定的速度流经海洋立管时，会在立管两侧发生交替的漩涡脱落，使立管发生涡激振动。当来流速度在一定范围内时，漩涡脱落频频率与海洋立管的固有频率接近，此时会发生锁定（Lock-in）现象。发生锁定现象时，漩涡脱落频率会维持在立管的固有频率附近，使立管发生共振，加剧立管的疲劳破坏。 海洋立管的涡激振动特性既与自身的尺寸、材料等参数有关系，同时也受来流速度的影响，一般用约化速度表示立管自身性质与来流速度的关系。研究不同的约化速度下立管的升（阻）力系数、漩涡脱落频率和中部位移等关键参数的变化规律，可以得到锁定现象发生时的约化速度范围。同时，为了增加海洋立管的使用寿命，对减振装置进行研究是非常有必要的。 本文利用计算流体力学软件ANSYS CFX，分别对刚性立管的漩涡脱落特性、柔性立管的涡激振动特性和整流罩的减振作用进行了数值模拟，并对数据进行了整理和对比。具体的研究内容如下： （1）在雷诺数为200时，研究了湍流模型对模拟结果的影响，通过与文献结果的对比发现，采用大涡模拟（LES）湍流模型时的计算精度较高，且收敛速度较快，，适合立管涡激振动的数值模拟。 （2）在不同的雷诺数下，对刚性立管的漩涡脱落特性进行了研究。通过对数据的分析，得到了流场、刚性立管的升（阻）力系数和漩涡脱落频率随雷诺数的变化规律。 （3）在不同的约化速度下，考虑流固耦合的影响，对柔性立管的涡激振动进行了研究。通过对数据的分析的发现，在约化速度在4到8之间时，立管的涡激振动发生锁定现象。 （4）研究了整流罩对立管涡激振动的影响。结果表明，整流罩可以有效地降低立管受到的阻力和升力变化频率，并使漩涡的脱落模式发生变化。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P756.2;P742

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：1299379