翼板扰流器对管线绕流和涡激振动影响的二维数值研究

发布时间：2021-01-23 09:49

　　随着人类对海洋能源的需求日趋增强,海底管线在海洋油气资源开发领域得到了前所未有的应用,同时关于海底管线的研究也取得了较大的进展。几十年来,国内外学者对于光滑管线的绕流和涡激振动做了大量的研究工作,而对如何抑制管线动力响应的有效措施的研究较少。工程中通常在管线上布置扰流器附件来减小不利环境荷载条件下海底管线的动力响应幅度,但到目前为止,对扰流器减振的作用机理还不完全清楚,因此对带翼板扰流器的管线绕流和涡激振动问题开展数值研究显得十分必要及紧迫。利用计算流体力学数值模拟方法,结合RNG κ-ε湍流模型,建立了固定雷诺数下带翼板的海底管线的二维流场数值计算模型,并将四种形式的翼板管线（Δ00型、Δ30型、Δ60型和Δ90型）与光滑管线进行对比,探讨间隙比（e/D=0.3、1.0）和翼板高度比（S/D=1.0、1.5和2.0）对翼板抑制涡旋释放效果的影响。计算结果表明：四种翼板管线可有效地控制涡旋在管线上的分离点,且涡旋在释放过程中不同步。在翼板高度相同时,不同形式翼板的抑制涡旋的效果与间隙比有关。间隙比e/D=0.3对Δ00型翼板管线和Δ30型翼板管线的影响更大,更有利于涡旋的抑制。间隙比减... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究概况及发展趋势
        1.2.1 近壁圆柱绕流水动力研究进展
        1.2.2 涡激振动抑制方法进展
    1.3 本文主要研究内容
2 理论基础和软件介绍
    2.1 圆柱绕流理论基础
        2.1.1 Reynolds相似性原理
        2.1.2 相似流动中的无量纲量
        2.1.3 圆柱绕流的流动特征
    2.2 涡激振动形成机理
    2.3 ADINA软件简介
    2.4 湍流模型的选取
    2.5 本章小结
3 翼板扰流器参数对海底管线水动力特性的影响
    3.1 数值模型的建立
        3.1.1 二维不可压缩粘性流体控制方程
        3.1.2 计算域和网格划分
        3.1.3 计算条件的设置
    3.2 流场数值计算结果与分析
        3.2.1 数值模型的验证
        3.2.2 流场涡结构特征
        3.2.3 涡旋释放频率
        3.2.4 管线升力系数特性
        3.2.5 管线阻力系数特性
    3.3 本章小结
4 带翼板扰流器管线涡激振动数值模拟
    4.1 数学模型的建立
        4.1.1 控制方程
        4.1.2 边界条件
        4.1.3 网格控制
        4.1.4 流固耦合算法
    4.2 数值计算参数
    4.3 数值模型的验证与分析
    4.4 计算结果分析比较
        4.4.1 尾流场涡旋结构特性
        4.4.2 振动幅值
        4.4.3 振动频率
        4.4.4 管线升力系数特性
        4.4.5 翼板高度对振动幅值的影响
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]近壁圆柱绕流水动力特性数值模拟与实验研究[J]. 王国兴,孙万卿.  海洋工程. 2010(01)



本文编号：2995009