并列双圆柱绕流的水动力特性研究

发布时间：2019-07-17 13:34

【摘要】：圆柱状的海洋工程结构（海洋立管、海底管线等）在深海海洋开发中有广泛的应用。海洋中的波浪、流流经柱体时，在柱体后形成交替脱落的旋涡，此现象称为圆柱绕流。交替脱落的旋涡会对柱体产生周期性的作用力并能引发振动，影响结构的稳固和安全。近几年随着油气开采向深海发展，出现了多个直径不等的圆柱体组合形式，比如“背负式”形式：在大直径柱体附近设置小直径柱体。密集排列的多柱体在圆柱绕流影响下容易发生相互碰撞，导致结构破坏。因此研究不等直径多柱体的绕流具有重要实际价值。不等直径多柱体的圆柱绕流不是单个圆柱绕流的叠加，，直径比d/D(d和D分别为小大圆柱的直径)、间距比G/D (G为两圆柱表面之间的距离)和雷诺数Re均会对多柱体绕流产生影响。目前对不等直径并列双圆柱的数值研究中G/D和d/D的划分范围较小、划分间隔较大，且雷诺数对并列双圆柱的影响尚不明确。为进一步研究G/D、d/D以及雷诺数Re对并列双圆柱绕流的影响，本文对Re=3900情况下不等直径并列双圆柱的绕流进行了数值模拟，模拟采用的间距比G/D为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.5、2.0、2.5，直径比d/D为0.25、0.5、0.75、1.0。 本文分析了G/D和d/D对两柱体尾流形态、升阻力系数和斯特鲁哈数St的影响。结果表明随着G/D变化，尾流呈现出不同的形式，绕流参数值也随之变化。当0G/D0.2时，柱后只有一个涡脱落，为单一涡脱落区，升、阻力系数值快速变化，St值小于单柱St值；当0.2G/D0.5~1.0时，柱后出现交替的偏斜流，为偏斜流区，阻力系数随着G/D的增大呈波动变化，升力系数随G/D的增大逐渐减小，在临界间距比附近出现突变，St出现多个值；当0.5~1.0G/D2.5时，柱后有成对的旋涡，为双旋涡脱落区，升阻力系数和St值趋于稳定。 直径比d/D不同时，偏斜流区G/D的范围、小柱的尾流宽度、间隙流向大柱的偏斜程度等也不相同。 通过将本文的尾流形态、升阻力系数和斯特鲁哈数St与已有研究对比，研究了雷诺数Re对并列双圆柱的影响。研究表明：雷诺数增大导致涡的长度变长；不同雷诺数条件下，圆柱受到的力随间距比G/D的变化规律不同；偏斜流的交替偏斜现象并不是在任何雷诺数下均会发生。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P731.2

【参考文献】

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本文编号：2515479