發(fā)布時間：2019-07-17 13:34

【摘要】：圓柱狀的海洋工程結(jié)構(gòu)（海洋立管、海底管線等）在深海海洋開發(fā)中有廣泛的應(yīng)用。海洋中的波浪、流流經(jīng)柱體時，在柱體后形成交替脫落的旋渦，此現(xiàn)象稱為圓柱繞流。交替脫落的旋渦會對柱體產(chǎn)生周期性的作用力并能引發(fā)振動，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固和安全。近幾年隨著油氣開采向深海發(fā)展，出現(xiàn)了多個直徑不等的圓柱體組合形式，比如“背負式”形式：在大直徑柱體附近設(shè)置小直徑柱體。密集排列的多柱體在圓柱繞流影響下容易發(fā)生相互碰撞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。因此研究不等直徑多柱體的繞流具有重要實際價值。不等直徑多柱體的圓柱繞流不是單個圓柱繞流的疊加，，直徑比d/D(d和D分別為小大圓柱的直徑)、間距比G/D (G為兩圓柱表面之間的距離)和雷諾數(shù)Re均會對多柱體繞流產(chǎn)生影響。目前對不等直徑并列雙圓柱的數(shù)值研究中G/D和d/D的劃分范圍較小、劃分間隔較大，且雷諾數(shù)對并列雙圓柱的影響尚不明確。為進一步研究G/D、d/D以及雷諾數(shù)Re對并列雙圓柱繞流的影響，本文對Re=3900情況下不等直徑并列雙圓柱的繞流進行了數(shù)值模擬，模擬采用的間距比G/D為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.5、2.0、2.5，直徑比d/D為0.25、0.5、0.75、1.0。 本文分析了G/D和d/D對兩柱體尾流形態(tài)、升阻力系數(shù)和斯特魯哈數(shù)St的影響。結(jié)果表明隨著G/D變化，尾流呈現(xiàn)出不同的形式，繞流參數(shù)值也隨之變化。當(dāng)0G/D0.2時，柱后只有一個渦脫落，為單一渦脫落區(qū)，升、阻力系數(shù)值快速變化，St值小于單柱St值；當(dāng)0.2G/D0.5~1.0時，柱后出現(xiàn)交替的偏斜流，為偏斜流區(qū)，阻力系數(shù)隨著G/D的增大呈波動變化，升力系數(shù)隨G/D的增大逐漸減小，在臨界間距比附近出現(xiàn)突變，St出現(xiàn)多個值；當(dāng)0.5~1.0G/D2.5時，柱后有成對的旋渦，為雙旋渦脫落區(qū)，升阻力系數(shù)和St值趨于穩(wěn)定。 直徑比d/D不同時，偏斜流區(qū)G/D的范圍、小柱的尾流寬度、間隙流向大柱的偏斜程度等也不相同。 通過將本文的尾流形態(tài)、升阻力系數(shù)和斯特魯哈數(shù)St與已有研究對比，研究了雷諾數(shù)Re對并列雙圓柱的影響。研究表明：雷諾數(shù)增大導(dǎo)致渦的長度變長；不同雷諾數(shù)條件下，圓柱受到的力隨間距比G/D的變化規(guī)律不同；偏斜流的交替偏斜現(xiàn)象并不是在任何雷諾數(shù)下均會發(fā)生。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P731.2

【參考文獻】

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本文編號：2515479