近壁面强迫振荡圆柱水动力特性研究
发布时间：2021-01-01 06:13
海底管道被广泛应用于海底油气的运输。但由于海底环境的不平整或是冲刷作用等原因都可能在海底管道与海底之间产生一定的间隙，从而发展成悬跨管道。悬跨的出现使其在海流作用下形成周期性的漩涡，漩涡的交替脱落会使物体表面的压力呈周期性的变化，继而导致管道在垂直流向（Cross-Flow，简称CF）和顺流向（In-Line，简称IL）发生振动，而管道的振动反过来又会改变尾涡结构，这种流固耦合的现象称之为涡激振动（Vortex-Induced Vibration，简称VIV）。涡激振动是决定海底管道的使用寿命、引发悬跨疲劳失效的主要原因之一。关于悬跨海底管道涡激振动的问题，可以简化为均匀来流下靠近壁面的振荡圆柱水动力特性问题。现有的关于海底管道水动力特性的研究主要是针对静止圆柱，但当涡激振动发生时，管道水动力特性将会发生变化，而关于近壁面振荡圆柱水动力特性的研究则十分稀少。此外，现有的用于预报立管涡激振动的水动力系数数据一般都是由自由边界圆柱强迫振荡试验得到的，缺少用于预报海底管道的涡激振动的水动力系数。因此本文中所进行的关于近壁面强迫振荡圆柱水动力特性研究对于了解海底管道的水动力特性以及对其涡激振动...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 涡激振动研究现状
1.2.1 涡激振动预报模型研究
1.2.2 刚性圆柱涡激振动试验研究
1.3 海底管水动力特性研究现状
1.4 本文的创新点及主要工作
第二章 圆柱绕流及涡激振动基本理论
2.1 引言
2.2 圆柱绕流现象
2.2.1 尾流形式
2.2.2 泄涡机理
2.2.3 泄涡频率
2.3 阻力与升力
2.4 涡激振动及相关无因次参数
2.4.1 流参数
2.4.2 结构参数
2.4.3 流体与结构物相互作用参数
2.5 近壁面对圆柱水动力特性的影响
2.6 本章小结
第三章 近壁面圆柱强迫振荡试验描述
3.1 引言
3.2 试验装置
3.3 仪器设备
3.4 模型
3.5 试验内容
3.6 基本方程与数据处理
3.7 本章小结
第四章 近壁面圆柱强迫振荡试验结果分析与讨论
4.1 雷诺数对强迫振荡圆柱水动力系数的影响
4.1.1 雷诺数对平均阻力系数的影响
4.1.2 雷诺数对振荡阻力系数的影响
4.1.3 雷诺数对升力系数的影响
4.1.4 雷诺数对升力相位角的影响
4.1.5 雷诺数对升力系数与速度同相位分量的影响
4.1.6 雷诺数对附加质量系数的影响
4.1.7 结论总结
4.2 近壁面对强迫振荡圆柱水动力系数的影响
4.2.1 间隙比 G/D 对平均阻力系数的影响
4.2.2 间隙比 G/D 对振荡阻力系数的影响
4.2.3 间隙比 G/D 对振荡升力系数的影响
4.2.4 间隙比 G/D 对升力相位角的影响
4.2.5 间隙比 G/D 对附加质量系数的影响
4.2.6 不同振荡幅值对升阻力系数的影响
4.2.7 结论总结
4.3 关于高阶水动力系数的分析
4.3.1 高阶振荡阻力系数
4.3.2 高阶振荡升力系数
4.3.3 振荡幅值的影响
4.3.4 结论总结
4.4 本章小结
第五章 高雷诺数圆柱绕流数值模拟
5.1 问题描述
5.2 控制方程以及数值离散
5.2.1 控制方程
5.2.2 数值离散
5.3 数值计算概况
5.3.1 计算域
5.3.2 边界条件
5.3.3 网格划分
5.4 网格与时间步长收敛性
5.4.1 网格收敛性
5.4.2 时间步长收敛性
5.5 结果与分析
5.5.1 CDm，CLrms和 St
5.5.2 圆柱尾部压力系数 CPb
5.5.3 泄涡角θsep
5.6 本章总结
第六章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表（或录用）的学术论文
在学期间科研成果、获奖及专利情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]细长海洋结构物涡激振动研究综述(英文)[J]. 潘志远,崔维成,张效慈. 船舶力学. 2005(06)
本文编号：2951072
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 涡激振动研究现状
1.2.1 涡激振动预报模型研究
1.2.2 刚性圆柱涡激振动试验研究
1.3 海底管水动力特性研究现状
1.4 本文的创新点及主要工作
第二章 圆柱绕流及涡激振动基本理论
2.1 引言
2.2 圆柱绕流现象
2.2.1 尾流形式
2.2.2 泄涡机理
2.2.3 泄涡频率
2.3 阻力与升力
2.4 涡激振动及相关无因次参数
2.4.1 流参数
2.4.2 结构参数
2.4.3 流体与结构物相互作用参数
2.5 近壁面对圆柱水动力特性的影响
2.6 本章小结
第三章 近壁面圆柱强迫振荡试验描述
3.1 引言
3.2 试验装置
3.3 仪器设备
3.4 模型
3.5 试验内容
3.6 基本方程与数据处理
3.7 本章小结
第四章 近壁面圆柱强迫振荡试验结果分析与讨论
4.1 雷诺数对强迫振荡圆柱水动力系数的影响
4.1.1 雷诺数对平均阻力系数的影响
4.1.2 雷诺数对振荡阻力系数的影响
4.1.3 雷诺数对升力系数的影响
4.1.4 雷诺数对升力相位角的影响
4.1.5 雷诺数对升力系数与速度同相位分量的影响
4.1.6 雷诺数对附加质量系数的影响
4.1.7 结论总结
4.2 近壁面对强迫振荡圆柱水动力系数的影响
4.2.1 间隙比 G/D 对平均阻力系数的影响
4.2.2 间隙比 G/D 对振荡阻力系数的影响
4.2.3 间隙比 G/D 对振荡升力系数的影响
4.2.4 间隙比 G/D 对升力相位角的影响
4.2.5 间隙比 G/D 对附加质量系数的影响
4.2.6 不同振荡幅值对升阻力系数的影响
4.2.7 结论总结
4.3 关于高阶水动力系数的分析
4.3.1 高阶振荡阻力系数
4.3.2 高阶振荡升力系数
4.3.3 振荡幅值的影响
4.3.4 结论总结
4.4 本章小结
第五章 高雷诺数圆柱绕流数值模拟
5.1 问题描述
5.2 控制方程以及数值离散
5.2.1 控制方程
5.2.2 数值离散
5.3 数值计算概况
5.3.1 计算域
5.3.2 边界条件
5.3.3 网格划分
5.4 网格与时间步长收敛性
5.4.1 网格收敛性
5.4.2 时间步长收敛性
5.5 结果与分析
5.5.1 CDm，CLrms和 St
5.5.2 圆柱尾部压力系数 CPb
5.5.3 泄涡角θsep
5.6 本章总结
第六章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表（或录用）的学术论文
在学期间科研成果、获奖及专利情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]细长海洋结构物涡激振动研究综述(英文)[J]. 潘志远,崔维成,张效慈. 船舶力学. 2005(06)
本文编号：2951072
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/2951072.html
