【摘要】：懸垂立管由于其經(jīng)濟效益被廣泛應用于海洋能源的開采中。懸垂立管在頂端平臺運動和管內(nèi)流動聯(lián)合共同作用下,會形成面內(nèi)全局響應,并和背景洋流形成強烈的相對振蕩來流。這種樣的振蕩流場很可能會使得橫流向發(fā)生渦激振動。為了研究懸垂立管在平臺運動和內(nèi)流聯(lián)合作用下懸垂立管渦激振動響應特性,本文開展了懸垂抽水立管模型試驗,應用光纖光柵應變片在測量立管在橫流向和順流向的應變數(shù)據(jù)。并應用模態(tài)分析法、小波分析法等分析方法對于試驗數(shù)據(jù)進行處理和研究。同時通過試驗和數(shù)值模擬結(jié)合的方式,分析了順流向應變,流速,KC數(shù),瀉渦頻率等分布規(guī)律。著重研究內(nèi)流流速作用對于懸垂立管渦激振動響應特性的影響。結(jié)果表明:大管徑懸垂立管在振蕩流場和內(nèi)流共同作用下,可以產(chǎn)生渦激振動,本試驗內(nèi)流速度區(qū)間下,內(nèi)流作用對于懸垂立管固有頻率,KC數(shù)和瀉渦頻率幅值分布,以及渦激振動影響不大。同種平臺運動下,懸垂立管渦激振動響應結(jié)果不同,證明了頂部平臺運動誘發(fā)的渦激振動具有不穩(wěn)定性的事實。同時,分析平臺運動下大尺度懸垂立管疲勞損傷特性,發(fā)現(xiàn)平臺運動引發(fā)的懸垂立管渦激振動疲勞損傷和KC數(shù)有關(guān)。各點面內(nèi)疲勞損傷值延管長分布趨勢和面內(nèi)應變RMS延管長分布趨勢相似,呈現(xiàn)“波浪狀”分布。著重研究面內(nèi)全局響應以及面外渦激振動對于懸垂立管的疲勞損傷貢獻,發(fā)現(xiàn)橫流向向的疲勞損傷的數(shù)量級為順流向的10-2倍左右。本文通過懸垂立管渦激振動響應特性的研究提升了對于管內(nèi)流動和平臺運動聯(lián)合作用下,懸垂立管渦激振動的響應特性的認識,為未來的預報提供數(shù)據(jù)支持。
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圖 1.2 溫差能發(fā)電原理圖Fig.1.2 Sketch of OTEC Systems目前，在背景洋流作用下，立管渦激振動的成為了科學家們研究的重點問題。在外界流場的作用下，立管渦激振動的問題一般會按照流場的形式劃分，即為流場方向不變，大小不變的均勻流或者時剪切流場 (Griffin O M ,1984；LieH,2006; Allen DW,2001；Tognarelli M, 2004；Niedzwecki J M,2013；Chaplin J R,2005；Trim A D, 2005；Vandiver J K,2005)。但在實際海洋資源開采過程中，由于頂部平臺在外界風、浪、流作用下會在一定范圍內(nèi)進行六個自由度的運動，由于立管鉸接于頂部平臺，因此也會被帶動，相對于靜水，產(chǎn)生了一種振蕩的流場，本文稱之為相對振蕩來流。對于這種振蕩來流會在立管的的尾部形成漩渦脫落，而且隨著 KC 數(shù)的增大，其漩渦脫落也較為穩(wěn)定，漩渦脫落會導致立管兩端升力的變化，這種變化是周期性的。因此，，振蕩來流更能反映出真實的工程情況,稱為平臺運動誘發(fā)的 VIV�？茖W家們對于平臺運動作用下立管的動力

圖 1-4 在不同雷諾數(shù)區(qū)間均勻流經(jīng)過剛性圓柱體的尾渦類型(Lienhard, 1966)Fig.1-4 The Trailing Vortex Type a Rigid Cylinder under Different Reynolds Number Interval(Lienhard, 1966)如圖1-5所示，因為邊界層分離的原因，立管尾部形成了交替瀉渦，這樣替的瀉渦作用于圓柱體，形成具有一定周期性的脈沖壓力。如果相對來流的始速度是u，而在圓柱體尾部的環(huán)向速度為u1，此時，在圓柱體的一側(cè)，流度為u-u1，而根據(jù)上述的邊界層分離介紹，說明瀉渦時交替進行的，因此在體的另一側(cè)其流體速度變?yōu)榱耸莡+u1，伯努利方程認為流速大壓強小，因此會導致兩側(cè)的壓強不平衡出現(xiàn)壓力差，因此在不斷的交替瀉渦過程中，立管會不斷的受到不同方向的脈動壓力的作用。若將這樣的脈動壓力按照不同的向進行分解，可以分為順流向的拖曳力以及橫流向的升力。由于脈動壓力的用，圓柱體會產(chǎn)生周期性的振動，同時也會反過來作用流場，讓對應的流場
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P756.2

【參考文獻】

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1 楊美志;;“內(nèi)波流”對動力定位船安全作業(yè)的影響及對策[J];航海技術(shù);2013年03期

本文編號：2681738