深水頂張式立管螺旋側(cè)板抑制VIV機(jī)理研究.pdf

1、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(lái)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(guò)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)

2、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(guò)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(shuō)明，并提出改進(jìn)方案。
　　

3、 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(guò)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

4、，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(guò)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(guò)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(guò)對(duì)三維立管的疲勞壽命的計(jì)算得出最優(yōu)的螺