群式站立式立管浮筒涡激振动研究

发布时间：2020-11-05 13:54

　　 立管是海洋油气开发中连接海底井口与海面平台的关键部件,通常处于恶劣的海洋环境条件中,因此在波浪和海流的作用下容易发生涡激振动。随着深海油气开发的不断发展,容易引起立管疲劳破坏的涡激振动更加不可忽略。目前,国内外学者主要采用三维数值方法研究单一海洋立管的涡激振动特性,而对群式站立式立管的涡激振动特性的研究还较少见诸于文献当中。本文首先运用绕流模拟的方法对群式站立式立管的四个浮筒进行绕流模拟研究。结果表明拖曳力均值都随着入射角(来流方向和浮筒中心线连线的夹角)的增大而增大,绕流结果的拖曳力均值比公开结果的均值大20%；脉动拖曳力都随着入射角的增大而减小。因而可以认为本文的计算分析模型能够较好的模拟浮筒的涡激振动特性。在绕流计算分析模型的基础上本文对群式站立式立管浮筒进行了流固耦合分析。结果表明：绕流、流固耦合以及实验的结果对比可以发现流固耦合结果比绕流结果小,流固耦合结果和实验结果的吻合程度高。流固耦合结果表明在同一流速下随着入射角的增大拖曳力系数均值也随着增大；在同一入射角不同流速时拖曳力系数均值随着流速的增大而减小。最大拖曳力系数均值小于2,最大升力系数的均方差值小于0.9。流固耦合条件下的四浮筒和单浮筒的阻力系数的对比可知入射角0度和30度时阻力系数主要呈现为遮蔽效应,在入射角为60度和90度时阻力系数主要表现为放大效应。在入射角为0度时浮筒后方出现单一涡街呈2S泄放模式,在其他入射角情况下浮筒后方涡街泄放方式复杂,甚至只有零散的旋涡而没有形成涡街；对所有的涡街而言涡街都有向上偏移的情况。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P756.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
    1.2 深水立管系统的主要结构形式
    1.3 群式站立式立管的优点
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 单一偏移式立管
        1.4.2 群式站立式立管
    1.5 国内外涡激振动研究现状
    1.6 论文的主要工作和创新点
        1.6.1 论文的主要工作
        1.6.2 论文的主要创新点
2 涡激振动的基本理论
    2.1 涡激振动概述
    2.2 涡的产生和脱落
        2.2.1 旋涡的产生
        2.2.2 旋涡的脱落形态
    2.3 涡激拖曳力和涡激升力
    2.4 涡激振动相关参数
        2.4.1 雷诺数
        2.4.2 Strouhal频率
        2.4.3 约化速度
        2.4.4 “拍”
3 涡激振动数值模拟方法
    3.1 控制方程
    3.2 剪切压力输运（SST）模型
    3.3 网格生成技术
        3.3.1 Y Plus的设置
        3.3.2 网格加密
        3.3.3 最大网格尺寸
        3.3.4 纵横比
        3.3.5 网格质量检查
4 群式站立式立管浮筒结构的三维绕流模拟
    4.1 计算分析模型
    4.2 绕流结果和已有结果的对比
    4.3 绕流群式站立式立管浮筒的Cd、Cd-、Cl
        4.3.1 不同流速下群式站立式立管浮筒的Cd、Cd-、Cl
        4.3.2 绕流条件不同入射角群式站立式立管浮筒的Cd、Cd-、Cl
    4.4 绕流群式站立式立管浮筒的时域频域分析
    4.5 四浮筒绕流结果与单浮筒绕流结果对比
        4.5.1 单浮筒计算分析模型
        4.5.2 绕流条件不同流速下单浮筒的Cd、Cd-、Cl
        4.5.3 四浮筒绕流结果与单浮筒绕流结果对比
    4.6 流场涡泻
    4.7 本章小结
5 群式站立式立管浮筒的三维流固耦合模拟
    5.1 计算分析模型
    5.2 流固耦合结果和已有结果的对比
    5.3 流固耦合条件下群式站立式浮筒浮筒的Cd、Cd-、Cl
        5.3.1 流固耦合不同流速下群式站立式立管浮筒的Cd、Cd-、Cl
        5.3.2 流固耦合不同入射角下群式站立式立管浮筒的Cd、Cd-、Cl
    5.4 流固耦合下群式站立式立管浮筒的时域频域分析
    5.5 四浮筒流固耦合结果和单浮筒流固耦合结果对比
        5.5.1 流固耦合条件不同流速下单浮筒的Cd、Cd-、Cl
        5.5.2 四浮筒流固耦合结果与单浮筒流固耦合结果对比
    5.6 群式站立式立管浮筒振幅
    5.7 流场涡泻
    5.8 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
个人简历
发表的学术论文与研究成果

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本文编号：2871726