本文選題：渦激振動　切入點(diǎn)：流固耦合　出處：《浙江海洋大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：立管是海洋資源開發(fā)過程中必不可少的部分,在海流復(fù)雜的深水環(huán)境中,立管會受到高溫、高壓的影響,變得尤為脆弱,而渦激振動是影響較為嚴(yán)重的因素之一,因此對于立管渦激振動的研究勢在必行。本文基于CFD方法,采用DES湍流模型,以固定圓柱繞流為基礎(chǔ),分別開展了剛性圓柱體及柔性立管渦激振動數(shù)值模擬的研究。首先,本文對固定單圓柱繞流進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,驗證了DES湍流模擬在模擬繞流時的可行性;同時開展了串列雙圓柱繞流數(shù)值模擬的研究,得到了不同流體參數(shù)和渦脫落形態(tài)變化規(guī)律。其次,開展了剛性圓柱體渦激振動的數(shù)值模擬研究。對低質(zhì)量比為1和2.4和高質(zhì)量比為7的剛性圓柱體分別進(jìn)行雙自由度渦激振動流固耦合模擬,得到了不同質(zhì)量比工況下無因次振幅與約化速度之間的相關(guān)性,圓柱體的“8”字形運(yùn)動軌跡以及“差拍”、“相位轉(zhuǎn)換”等現(xiàn)象。同時,開展了間距比對雙圓柱體雙自由度的渦激振動影響的研究,依次分析無因次振幅隨約化速度的變化規(guī)律,間距比對振動特性的影響及尾流區(qū)的瀉渦發(fā)放形態(tài)及脫落變化規(guī)律。最后,開展了柔性立管渦激振動的流固耦合研究。通過workbench平臺開展了不同條件下立管固有頻率大小的研究,結(jié)果表明,在水中的固有頻率小于在空氣中的固有頻率;又在剛性體研究的基礎(chǔ)上,采用CFX+ANSYS軟件,進(jìn)行了柔性立管的渦激振動流固耦合模擬,分別得到了不同剪切流速度下的立管的振動特性與振型及尾流場的瀉渦發(fā)放規(guī)律;同時進(jìn)一步研究了均勻流條件下時,立管內(nèi)部有無流場對渦激振動振動特性的影響。
[Abstract]:Riser is an essential part in the process of marine resource development. In the complex deep-water environment of ocean current, riser becomes particularly vulnerable due to the influence of high temperature and high pressure, and vortex-induced vibration is one of the more serious factors. Therefore, it is imperative to study the vortex-induced vibration of riser. Based on CFD method and DES turbulence model, the numerical simulation of vortex-induced vibration of rigid cylinder and flexible riser is carried out based on fixed cylinder flow. In this paper, the numerical simulation of the flow around a fixed single cylinder is carried out to verify the feasibility of the DES turbulence simulation in simulating the flow around the cylinder, and the numerical simulation of the flow around a tandem double cylinder is also carried out. Different fluid parameters and vortex shedding morphology are obtained. Secondly, Numerical simulation of vortex-induced vibration of rigid cylinder is carried out. The fluid-solid coupling simulation of vortex-induced vibration of rigid cylinder with low mass ratio of 1 and 2.4 and high mass ratio of 7 is carried out, respectively. The correlation between dimensionless amplitude and reduction velocity under different mass ratio conditions, the "8" shape motion trajectory of the cylinder and the phenomena of "difference beat" and "phase conversion" are obtained. The effect of the distance ratio on the vortex-induced vibration of a double cylinder with two degrees of freedom is studied. The variation of dimensionless amplitude with reduced velocity is analyzed in turn. The effect of spacing ratio on vibration characteristics and the distribution and shedding of vortex in wake region are studied. Finally, the fluid-solid coupling of vortex-induced vibration of flexible risers is studied. The natural frequencies of risers under different conditions are studied by using workbench platform. The results show that the natural frequency in water is smaller than that in air, and on the basis of the study of rigid body, the fluid-structure coupling simulation of flexible riser is carried out by using CFX ANSYS software. The vibration characteristics of risers with different shear flow velocities, vibration mode and vortex release law of wake flow field are obtained, and the effect of flow field in riser on the vibration characteristics of vortex-induced vibration under uniform flow conditions is also studied.
【學(xué)位授予單位】：浙江海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P75;TB53

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本文編號：1599355