海洋立管涡激振动抑振装置的CFX数值模拟研究

王媛

中国海洋大学

摘要：

由于全球经济的高速发展，导致油气资源的需求量增加，深海油气资源开发成为世界海洋石油发展的新目标。海洋立管是水面钻井船或平台和海底钻采设备之间的主要连接件。在海洋环境中，立管结构主要承受波浪和海流的作用。当海流经过立管时，将在立管表面产生交替的漩涡脱落，对立管表面产生周期性的作用力，引起立管的涡激振动。当漩涡脱落频率与立管自振频率接近时，会产生“锁振”，从而引起立管剧烈振动，加剧立管的疲劳破坏。目前，常用的方法是在立管结构上使用抑振装置来消除或减轻涡激振动，延长立管使用寿命。　　本文采用ANSYS CFX软件，分别建立了单圆柱体和带抑振装置柱体的二维数值模型。首先将单圆柱体固定，运用单圆柱静止绕流模拟结果，验证本文模型和计算方法的可行性，并分析在层流范围内，单圆柱体的升力系数、曳力系数、漩涡脱落频率及斯托罗哈尔数的变化规律。然后采用刚体模型，模拟单圆柱体的单自由度涡激振动，分析其横向位移变化规律，以及尾流形态与柱体振动的关系。　　在单圆柱体涡激振动分析的基础上，分别建立带分隔板柱体以及三种不同形式的整流罩柱体的数值计算模型。模拟分析各自在不同雷诺数下的绕流特征，并将所得受力系数与固定的单圆柱体绕流结果进行对比，对四种抑振装置的抑振性能进行初步分析。结果表明，四种抑振装置对柱体受力系数均能产生不同程度的影响。最后，对两种绕流分析结果较好的带抑振装置柱体进行单自由度涡激振动分析，将振动响应结果与不带抑振装置的单圆柱体涡激振动结果进行比较。结果显示，两种抑振装置均能减小柱体的最大位移幅值。

关键词：海洋立管;涡激振动;CFX技术;数值模拟;油气资源

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：防灾减灾工程及防护工程

导师姓名：郭海燕

学位年度：2013

语种：中文

分类号：TE952

页数：81

在线出版日期：2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）