立管模型涡激振动的数值模拟研究
本文选题：涡激振动 切入点：流固耦合 出处：《浙江海洋大学》2016年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：立管是海洋资源开发过程中必不可少的部分,在海流复杂的深水环境中,立管会受到高温、高压的影响,变得尤为脆弱,而涡激振动是影响较为严重的因素之一,因此对于立管涡激振动的研究势在必行。本文基于CFD方法,采用DES湍流模型,以固定圆柱绕流为基础,分别开展了刚性圆柱体及柔性立管涡激振动数值模拟的研究。首先,本文对固定单圆柱绕流进行了数值模拟研究,验证了DES湍流模拟在模拟绕流时的可行性;同时开展了串列双圆柱绕流数值模拟的研究,得到了不同流体参数和涡脱落形态变化规律。其次,开展了刚性圆柱体涡激振动的数值模拟研究。对低质量比为1和2.4和高质量比为7的刚性圆柱体分别进行双自由度涡激振动流固耦合模拟,得到了不同质量比工况下无因次振幅与约化速度之间的相关性,圆柱体的“8”字形运动轨迹以及“差拍”、“相位转换”等现象。同时,开展了间距比对双圆柱体双自由度的涡激振动影响的研究,依次分析无因次振幅随约化速度的变化规律,间距比对振动特性的影响及尾流区的泻涡发放形态及脱落变化规律。最后,开展了柔性立管涡激振动的流固耦合研究。通过workbench平台开展了不同条件下立管固有频率大小的研究,结果表明,在水中的固有频率小于在空气中的固有频率;又在刚性体研究的基础上,采用CFX+ANSYS软件,进行了柔性立管的涡激振动流固耦合模拟,分别得到了不同剪切流速度下的立管的振动特性与振型及尾流场的泻涡发放规律;同时进一步研究了均匀流条件下时,立管内部有无流场对涡激振动振动特性的影响。
[Abstract]:Riser is an essential part in the process of marine resource development. In the complex deep-water environment of ocean current, riser becomes particularly vulnerable due to the influence of high temperature and high pressure, and vortex-induced vibration is one of the more serious factors. Therefore, it is imperative to study the vortex-induced vibration of riser. Based on CFD method and DES turbulence model, the numerical simulation of vortex-induced vibration of rigid cylinder and flexible riser is carried out based on fixed cylinder flow. In this paper, the numerical simulation of the flow around a fixed single cylinder is carried out to verify the feasibility of the DES turbulence simulation in simulating the flow around the cylinder, and the numerical simulation of the flow around a tandem double cylinder is also carried out. Different fluid parameters and vortex shedding morphology are obtained. Secondly, Numerical simulation of vortex-induced vibration of rigid cylinder is carried out. The fluid-solid coupling simulation of vortex-induced vibration of rigid cylinder with low mass ratio of 1 and 2.4 and high mass ratio of 7 is carried out, respectively. The correlation between dimensionless amplitude and reduction velocity under different mass ratio conditions, the "8" shape motion trajectory of the cylinder and the phenomena of "difference beat" and "phase conversion" are obtained. The effect of the distance ratio on the vortex-induced vibration of a double cylinder with two degrees of freedom is studied. The variation of dimensionless amplitude with reduced velocity is analyzed in turn. The effect of spacing ratio on vibration characteristics and the distribution and shedding of vortex in wake region are studied. Finally, the fluid-solid coupling of vortex-induced vibration of flexible risers is studied. The natural frequencies of risers under different conditions are studied by using workbench platform. The results show that the natural frequency in water is smaller than that in air, and on the basis of the study of rigid body, the fluid-structure coupling simulation of flexible riser is carried out by using CFX ANSYS software. The vibration characteristics of risers with different shear flow velocities, vibration mode and vortex release law of wake flow field are obtained, and the effect of flow field in riser on the vibration characteristics of vortex-induced vibration under uniform flow conditions is also studied.
【学位授予单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P75;TB53
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，本文编号：1599355
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