【摘要】：瀉渦脫落誘發(fā)的渦激振動(dòng)是海洋立管疲勞破壞的主要誘因,利用相關(guān)的擾流裝置抑制渦激振動(dòng)對(duì)立管的損傷,越來越受到海洋工程界的關(guān)注。目前在螺旋側(cè)板的物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等方面仍面臨很多難題。本文以CFD(計(jì)算流體力學(xué))數(shù)值模擬在渦激振動(dòng)計(jì)算仿真中的應(yīng)用,通過物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合對(duì)光滑立管和覆蓋螺旋側(cè)板的立管的瀉渦脫落和與之對(duì)應(yīng)的渦激振動(dòng)形態(tài)等進(jìn)行了綜合研究。 本文采用物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)值模擬結(jié)合的方法深入研究光滑立管的渦激振動(dòng)機(jī)理,以及螺旋側(cè)板對(duì)立管渦激振動(dòng)的抑振原理。其中物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬工作相互補(bǔ)充,前者為后者提供模型建立的方向性指導(dǎo)并作為判斷計(jì)算結(jié)果可靠性的依據(jù)；經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的后驗(yàn)型數(shù)值模擬則為物理模型實(shí)驗(yàn)提供對(duì)應(yīng)的螺旋側(cè)板尾流區(qū)瀉渦發(fā)放形態(tài)及結(jié)構(gòu)位移和變形的瞬時(shí)綜合信息,從漩渦發(fā)放形態(tài)隨時(shí)間和沿立管軸向變化闡釋螺旋側(cè)板對(duì)立管渦激振動(dòng)的影響。同時(shí),本文對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果和物理模型實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的結(jié)果之間存在的差異給予合理的說明,并提出改進(jìn)方案。 在物理實(shí)驗(yàn)中,取光滑立管與螺旋側(cè)板高為0.10D(D為立管的直徑)立管進(jìn)行對(duì)比,研究立管在不同流速下的應(yīng)變和立管尾部渦街的變化,分析螺旋側(cè)板螺距對(duì)立管渦激振動(dòng)的影響。 在數(shù)值模擬過程中,將實(shí)驗(yàn)中比較有代表性的兩組雷諾數(shù)：Re=200和Re=1500,兩種流速下對(duì)光滑立管和覆蓋螺旋側(cè)板的立管分2D和3D兩種情況進(jìn)行模擬分析。在2D數(shù)值模擬中,光滑立管取一圓形截面進(jìn)行分析,對(duì)于覆蓋螺旋側(cè)板的立管取其中四個(gè)比較有代表性的截面,研究拖曳力,升力以及拖曳力系數(shù)和升力系數(shù)在不同雷諾數(shù),不同截面下變化,進(jìn)而研究螺旋側(cè)板對(duì)立管渦激振動(dòng)的影響。在3D數(shù)值模擬過程中,將取光滑立管和P5_H0.10, P5_H0.14, P5_H0.25和P16_H0.25四種覆蓋螺旋側(cè)板的立管在雷諾數(shù)Re=200和Re=1500下,通過研究拖曳力系數(shù)和升力系數(shù)隨Re的變化與2D數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析螺旋側(cè)板高和螺距對(duì)立管渦激振動(dòng)的影響,并通過對(duì)三維立管的疲勞壽命的計(jì)算得出最優(yōu)的螺旋側(cè)板尺寸。這些先驗(yàn)的模擬工作對(duì)指導(dǎo)今后的物理模型實(shí)驗(yàn)以至相關(guān)的實(shí)際海洋工程實(shí)踐都具有重要的參考價(jià)值。 本文創(chuàng)新性的工作體現(xiàn)在：通過實(shí)驗(yàn)、模擬結(jié)果對(duì)螺旋側(cè)板的研究提供可靠的數(shù)據(jù),將物理模型實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相關(guān)的很多重要結(jié)論結(jié)合起來研究渦激振動(dòng)對(duì)立管的影響。同時(shí),通過物理模型實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬的結(jié)合,對(duì)很多剛性管渦激振動(dòng)抑振相關(guān)的振動(dòng)模態(tài)、振幅間相互作用、瀉渦發(fā)放變化規(guī)律及尾流區(qū)復(fù)雜的瀉渦發(fā)放形態(tài)等方面都給予了合理的解釋。
【圖文】：

圖1一2.各種渦激抑制裝置對(duì)于渦激振動(dòng)的抑制技術(shù)，目前已是國際海洋工程中的研究熱點(diǎn)。為了減小渦激振動(dòng)的危害，人們研制各種渦激抑制裝置，有HelicalStrakes(螺旋側(cè)板)，Shroud(屏蔽裝置)，F(xiàn)airings(減振器)，Splitterplate(導(dǎo)流板)等，見圖l一2。其中螺旋側(cè)板和減振器是現(xiàn)場(chǎng)常用的渦激振動(dòng)抑制裝置[6]，盛磊祥等[7]對(duì)減振器進(jìn)行cFD模擬，其對(duì)海流方向較為敏感，在海流方向與減振器對(duì)稱軸線方向平行時(shí)能實(shí)現(xiàn)渦激的抑制，但其造價(jià)非常高，而且其使用壽命受到限制。螺旋側(cè)板是第一代抑振技術(shù)的產(chǎn)物，其外形如同螺栓的螺紋，包裹在立管的周圍，其可以改變流速的相對(duì)長度，，改變立管的動(dòng)力特性，使立管的固有頻率發(fā)生變化。不受海流方向的影響，即海流方向的變

深水頂張式立管螺旋側(cè)板抑制Vlv機(jī)理研究幅值，研究立管的疲勞壽命，經(jīng)驗(yàn)證螺旋側(cè)板很好的抑制了渦激振動(dòng)發(fā)生。RafikBoubenide:etal.[33]研究認(rèn)為scR覆蓋聚乙烯螺旋側(cè)板可以減少%%的渦激振動(dòng)，別適用于seR的s一Lay的安裝過程中。2.J.Ding，Balasubramanianetal.[，‘]通過對(duì)性立管增加螺旋側(cè)板，分析立管的渦激振動(dòng)的升力和阻尼，對(duì)立管的渦激振動(dòng)模型行預(yù)測(cè)和研究。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TB533;P75

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 田偉輝;海流作用下潛標(biāo)及其系留系統(tǒng)耦合作用的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國海洋大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2676753