【摘要】：海洋立管作為深水油氣資源開(kāi)采中關(guān)鍵且薄弱的構(gòu)件,在開(kāi)采系統(tǒng)中通常以管群形式存在。相鄰管體之間的相互影響、干擾會(huì)對(duì)其后的尾流旋渦脫落形態(tài)及結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)產(chǎn)生很大影響,尤其對(duì)于鋼懸鏈線立管,其近觸底區(qū)因傾斜角度變化大,尾流相互干擾及渦激振動(dòng)機(jī)制更加復(fù)雜,更易導(dǎo)致立管發(fā)生疲勞破壞。然而目前基于豎直多管體的尾渦特性研究因忽略軸向流影響,并不能直接應(yīng)用到傾斜多管體中,亟需開(kāi)展傾斜管流場(chǎng)尾渦特性研究。本文基于物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬,開(kāi)展了不同傾斜角度及雷諾數(shù)條件下傾斜單柱、傾斜并列多柱繞流流場(chǎng)尾渦特性的試驗(yàn)及數(shù)值研究,主要研究工作如下:1.采用粒子圖像測(cè)速技術(shù)(PIV)開(kāi)展了小間距比下不同傾斜角度的并列雙柱與并列三柱繞流流場(chǎng)的可視化研究,得到了瞬時(shí)渦量等值線、瞬時(shí)及時(shí)均流線拓?fù)浼皶r(shí)均流線拓?fù)?分析了間隙流瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)角度頻率分布直方圖的概率擬合,探討了傾斜角度對(duì)間隙流形態(tài)、尾渦渦量和間隙流偏轉(zhuǎn)角度的影響,闡述了傾斜并列圓柱間隙流發(fā)生交替偏轉(zhuǎn)機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),隨著傾斜角度的增大,并列雙柱繞流流場(chǎng)僅存在兩種間隙流形態(tài),而并列三柱繞流流場(chǎng)共存在五種間隙流形態(tài)。各傾斜角度下的間隙流瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)角度的頻率分布直方圖均大致符合正態(tài)分布。2.采用計(jì)算流體力學(xué)開(kāi)源軟件OpenFOAM對(duì)不同雷諾數(shù)順流向與逆流向傾斜單圓柱繞流進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究,獲得了瞬時(shí)三維尾渦結(jié)構(gòu)、瞬時(shí)及時(shí)均流線、旋渦脫落頻率與圓柱受力特征,驗(yàn)證了不同雷諾數(shù)下獨(dú)立性原則的適用性,揭示了傾斜圓柱流場(chǎng)特性及圓柱受力特征隨雷諾數(shù)與傾斜角度的變化規(guī)律。此外,本文開(kāi)展了小間距比下不同傾斜角度的并列雙柱繞流的三維數(shù)值模擬研究,探討了傾斜角度對(duì)并列圓柱間隙流形態(tài)及圓柱受力特征的影響,闡明了獨(dú)立性原則對(duì)傾斜并列雙柱繞流的適用性。
【圖文】：

對(duì)其后的尾流旋渦脫落形態(tài)及結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)產(chǎn)生很大影響。在多種形式的立管逡逑中，鋼懸鏈線立管因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可靠及對(duì)上部平臺(tái)運(yùn)動(dòng)更好的適應(yīng)性而越逡逑來(lái)越多的被應(yīng)用于深水油氣資源開(kāi)發(fā)中鋼懸鏈線立管近觸底區(qū)（如圖１．２（ｂ）逡逑所示）由于傾斜角度變化大，在流體繞流傾斜立管的過(guò)程中，尾渦相互干擾及渦逡逑１逡逑

流體流經(jīng)傾斜圓柱時(shí)，會(huì)在圓柱背側(cè)形成具有較大速度的軸向流動(dòng)某種意義上會(huì)抑制剪切層分離，擾亂流場(chǎng)旋渦脫落，因此傾斜圓柱落形態(tài)及受力特性與豎直圓柱相比存在明顯差異１５１。當(dāng)圓柱傾斜角向流較強(qiáng)，則圓柱下游端附近區(qū)域的卡門(mén)渦街會(huì)受到嚴(yán)重的干擾，。當(dāng)傾斜并列多柱體之間間距較小時(shí)，在軸向流的作用下間隙流的得更為復(fù)雜，進(jìn)而極大地影響并列柱體的受力特性。為預(yù)測(cè)傾斜圓與旋渦脫落特性，Ｈｏｅｍｅｒｎ提出了獨(dú)立性原則，該原則認(rèn)為，若傾力系數(shù)及旋渦脫落頻率經(jīng)過(guò)速度沿柱體的法向分量進(jìn)行換算，則結(jié)較為接近。據(jù)研究表明，對(duì)單圓柱繞流而言，當(dāng)柱體傾斜程度較小２逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P756.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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本文編號(hào)：2657608