基于雷诺相似的串列双立管涡激振动研究

魏东泽

中国海洋大学

摘要：

在研究立管的涡激振动时，我们常常把单根立管作为研究对象，但是实际应用中往往都是多立管系统，如果立管间距较小，在水流的作用下容易出现碰撞，引起立管破坏，甚至危及平台安全。因此，多立管系统的涡激振动特性成为了学术界研究的热点。
研究涡激振动的方法主要有物理模型试验方法和数值模拟方法，但是无论哪种方法都是基于重力相似准则。
本文采用一种在满足重力相似基础上同时满足雷诺相似的完全动力相似准则。在完全动力相似基础上，本文采用计算流体力学软件ANSYS CFX针对目前研究较少的大雷诺数情况下串联刚性双立管涡激振动进行研究。重点研究了在不同雷诺数下，不同间距串联刚性双立管的受力情况及涡街发放规律。结果表明，随着立管间距从二倍管径增加到八倍管径，上游及下游立管的受力呈现出不同的规律，涡街发放形态，尤其是上游立管后侧的涡旋发放形态也不尽相同。另外，在同一间距情况下，随着雷诺数从5000增加到400000，立管所受到的升力和拖曳力表现出一定的规律。通过对30倍管径间距的串联双立管模拟表明，当两立管间距达到30倍立管管径时，上游立管对下游立管产生的影响不大，说明这个间距比较安全。
本文对小约化速度下，不同间距串联柔性立管涡激振动进行模拟，并且考虑了流固耦合的作用，分析了立管的受力及位移响应等特性。通过与刚性立管模拟结果对比，发现当两立管间距较小时，刚性立管和柔性立管的升力幅值相差10倍左右；当两立管间距增加到6倍管径以上时，两种立管所得的升阻力基本一致；当立管间距为12倍管径时，立管的振动最为强烈，也就是说12倍管径间距为最危险间距。

关键词：串列双立管;流固耦合;雷诺相似;涡激振动;海洋平台

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：港口、海岸及近海工程

导师姓名：黄维平

学位年度：2012

语种：中文

分类号：TE973.92

页数：86

在线出版日期：2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）