剪切流中螺旋侧板抑制柔性立管涡激振动的数值模拟

发布时间：2018-07-31 11:30

【摘要】：处于波浪和洋流中的立管两侧不断产生周期性的涡旋脱落,其诱发的涡激振动已经成为引起结构疲劳损伤的主要因素.随着深海工程的迅速发展,深海环境的复杂性及柔性立管的大变形使涡激振动及其抑制方法的研究尤为重要.文中基于Ansys Workbench平台,首先对均匀来流下的刚性光滑立管及附加不同几何参数螺旋侧板立管进行了系列运算,通过水动力系数对比分析发现P17.5D/H 0.25D的螺旋侧板涡激振动抑制效果最好;然后采用双向流固耦合技术对剪切来流下长径比为482的光滑柔性立管及附加螺旋侧板参数为P17.5D/H 0.25D的柔性立管进行了三维直接数值模拟,通过水动力特性及结构动力学特性两个方面进行研究.结果表明:光滑柔性立管在剪切来流下出现了多阶振动模态,其尾流场漩涡脱落呈现多种涡结构模式,尾涡动力特性在不同截面的变化体现出明显的三维特征.附加螺旋侧板后加大了顺流向的阻力,但立管振动幅值有所减小;立管横流向的振幅最大值由0.85D降至0.14D,横向振动抑制效率高达83.5%.
[Abstract]:Periodic vortex shedding occurs on both sides of the riser in waves and ocean currents. The induced vortex-induced vibration has become the main cause of structural fatigue damage. With the rapid development of deep-sea engineering, it is very important to study the vortex-induced vibration and its suppression methods due to the complexity of deep-sea environment and the large deformation of flexible riser. By comparing the hydrodynamic coefficients, it is found that the vortex vibration suppression effect of P17.5D/H 0.25D is the best. The hydrodynamic characteristics and structural dynamic characteristics are studied. The results show that there are many vibration modes in the smooth flexible riser under shear flow, and the vortex shedding of the wake field presents a variety of vortex structure modes, and the dynamic characteristics of the wake vortex show obvious three-dimensional characteristics in different cross-sections. After adding the helical side plate, the resistance along the direction of the riser is increased, but the amplitude of the riser vibration decreases, the maximum amplitude of the riser transverse flow decreases from 0.85D to 0.14D, and the lateral vibration suppression efficiency is up to 83.5%.
【作者单位】： 江苏科技大学船舶与海洋工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51179077) 江苏高校优势学科建设工程基金资助项目
【分类号】：P756.2

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本文编号：2155448