螺旋侧板抑制海洋立管涡激振动的机理研究

发布时间：2020-07-27 13:37

【摘要】：本论文跟踪了国内外有关圆柱体及海洋立管涡激振动问题及其抑制措施的最新研究动向，对本领域内的研究方法和进展进行了综述和分析。以海洋立管为研究对象，首先引入附加螺旋侧板的海洋立管模型，并对其相关几何参数进行简要介绍。在对圆柱绕流理论知识和计算流体力学基本思想深入了解的基础上，采用ANSYSWORKBENCH14.0分别开展了光滑立管和附加螺旋侧板立管的流场数值模拟计算，从不同角度探索螺旋侧板对立管涡激抑制的机理，并对侧板几何参数进行抑制效率敏感性分析。论文的具体工作和主要研究成果如下： (1)较为全面的回顾和总结了国内外有关涡激振动抑制措施特别是螺旋侧板方面的研究现状及其研究方法，找出目前研究成果中存在的不足和待深入研究的问题，明确本文研究方向为螺旋侧板对涡激抑制的机理探索； (2)系统介绍了螺旋侧板相关几何参数和流场基本研究方法。对圆柱体旋涡脱落模式进行了深入的原理分析。针对本文所采用的ANSYS WORKBENCH14.0中CFD计算流体力学分析流程及数值计算方法原理进行陈述； (3)开展了亚临界雷诺数区域Re=3900下三维光滑立管和附加螺旋侧板立管的流场数值模拟研究。比较得出，螺旋侧板有明显抑制立管横向振动的作用，横向振幅最高抑制效率可达90%。流体流经立管表面时，沿螺旋侧板分流，螺旋侧板的抑制效果即是通过将尾流场涡街分隔成数个部分来实现的； (4)对固定支撑情况下亚临界流动区域中附加不同参数螺旋侧板的海洋立管涡激振动进行参数变化对涡激抑制效率的影响分析，从不同角度综合探索螺旋侧板的抑制机理，其中包括升阻力系数、顺流向中轴线上压力系数分布、沿流向中轴线涡量变化、前、后驻点压力系数和斯特劳哈尔数及频谱分析等。综合得出：螺距小，侧板高，对横向振荡抑制效果较佳。但侧板过高会导致阻力明显增加。综合起来，H0.25d_P5d的组合成为最佳螺旋侧板形式，横向减幅高达90%。对于不同覆盖率来说，覆盖1/3螺旋结构时，横向振幅改善程度达到84.55%。当覆盖比例达到50%或更高时，振荡情况减幅基本维持一定水平； (5)提取螺旋侧板对涡激抑制效率影响敏感的几何参数，得出侧板高度是最敏感因子。同时介绍了螺旋侧板在海洋工程中特别是SPAR平台上的应用。另外，螺旋结构在很多工程实际中有应用之处，如气象站标杆或烟囱等细长型结构物。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P756.2

【参考文献】