海洋热塑性增强管涡激振动流固耦合分析

发布时间：2017-03-18 08:05

  本文关键词：海洋热塑性增强管涡激振动流固耦合分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：海洋立管工作时,会同时受到来自管内流体流动和来自管外海洋环境的载荷作用。外载荷主要来自于海流、波浪、上端浮体运动以及地震、冰凌等。立管涡激振动是引起疲劳破坏的主要因素,已引起国内外学者以及海洋石油工程业界的广泛关注。本文基于计算流体力学与计算结构动力学方法,研究了固定立管绕流问题和弹性立管涡激振动问题,探索了涡激振动问题的流固耦合仿真方法。选用不同密度的流体网格仿真圆柱绕流问题,对比仿真结果,获得网格密度选取的指导。在不同雷诺数下进行了圆柱绕流仿真,将结果与参考文献对比,验证数值方法的正确性。进行了带有两种导流板的立管的绕流分析,观察导流板对升力、阻力、漩涡泄放频率的影响。分析了立管的干模态和湿模态。基于ANSYS,Workbench平台对一段长径比30、直径0.365m的RTP立管在Re=4×105时的涡激振动进行流固耦合分析,对比选用RNGκ-ε、SSTκ-ω和SST-SAS湍流模型的仿真结果。在相同的流场下调整结构参数使结构自由振动频率接近漩涡泄放频率,使用SST-SAS湍流模型进行仿真,观察到频率锁定现象下振幅大幅提升。
【关键词】：海洋立管 增强热塑性管 圆柱绕流 流固耦合 涡激振动 复合材料
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE95
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 涡激振动概述12-15
• 1.2.1 卡门涡街与涡激振动12-13
• 1.2.2 涡激振动研究现状13-15
• 1.3 海洋立管概述15-19
• 1.3.1 立管材料15-16
• 1.3.2 管道特性对比16-17
• 1.3.3 RTP的结构17-19
• 1.4 流固耦合问题概述19-20
• 1.4.1 多物理场耦合问题19
• 1.4.2 流固耦合19-20
• 1.4.3 流固耦合研究现状20
• 1.5 本文研究目的20-21
• 1.6 本文研究内容21-23
• 2 涡激振动23-31
• 2.1 概述23
• 2.2 涡激振动产生机理23-24
• 2.2.1 漩涡泄放23
• 2.2.2 边界层分离23-24
• 2.3 涡激振动数值模型24-31
• 2.3.1 雷诺数和斯特劳哈尔数24-27
• 2.3.2 长径比(a)27
• 2.3.3 阻尼比(ζ)27
• 2.3.4 质量比(m*)与锁定27
• 2.3.5 约化速度(Vr)27-28
• 2.3.6 无因次振幅28
• 2.3.7 阻力和升力系数28-31
• 3 流固耦合31-49
• 3.1 概述31
• 3.2 流固耦合求解策略31-44
• 3.2.1 固体域32-36
• 3.2.2 流体域36-39
• 3.2.3 湍流模型39-44
• 3.3 动态网格更新算法44-46
• 3.4 数据交换控制46-48
• 3.4.1 松耦合与强耦合46-47
• 3.4.2 串行算法与并行算法47-48
• 3.5 控制方程求解流程48
• 3.6 基于ANSYS Workbench平台的流固耦合计算48-49
• 4 数值模拟和分析49-81
• 4.1 数值方法验证49-54
• 4.1.1 模型49-50
• 4.1.2 网格50
• 4.1.3 仿真结果50-54
• 4.1.4 结果分析54
• 4.2 圆柱绕流问题54-61
• 4.2.1 仿真内容54
• 4.2.2 仿真结果54-61
• 4.3 减少涡激振动的方法61-64
• 4.3.1 模型61
• 4.3.2 仿真结果61-64
• 4.4 RTP立管分析64-81
• 4.4.1 研究概述64-65
• 4.4.2 材料65
• 4.4.3 频域分析65-69
• 4.4.4 短立管CFD分析69-75
• 4.4.5 短立管流固耦合仿真75-81
• 5 结论与展望81-83
• 5.1 本文结论81-82
• 5.2 研究展望82-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-91

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