質量比對細長圓柱體渦激振動影響的數值研究.pdf

1、隨著陸上石油資源的日益減少，開發(fā)深海石油資源成為世界各國的共識，而深海開發(fā)的最關鍵技術就是石油立管。隨著水深的增加，立管的振動幅值越來越大，流固耦合作用越來越劇烈，深水立管的渦激振動問題已經成為各國學者研究的熱點。本文采用ANSYS-CFX軟件對低質量比和高質量比細長圓柱體的渦激振動進行了模擬，分析了質量比的大小對圓柱體渦激振動特性的影響。研究發(fā)現兩者在相同流速，相同約化速度下的兩向運動的振動頻率，運動軌跡和漩渦脫落的形式明顯不同，主要

2、結論如下：
　　在約化速度從1到10的范圍內，作用在低質量比圓柱體上的拖曳力頻率是升力頻率的兩倍,順流向振動頻率是橫向振動頻率的兩倍；順流向振動頻率等于拖曳力頻率，橫向振動頻率等于升力頻率；這和傳統(tǒng)的渦激振動理論保持一致，即響應頻率等于荷載頻率。分析表明，圓柱體中部的運動軌跡以8字形為主；在約化速度為1,2,3,時，渦泄以2S模態(tài)為主；當約化速度為4,5,6,7渦泄模態(tài)為2P模態(tài)；當約化速度為8,9,10時，基本上觀察不到明顯的漩

3、渦泄放模態(tài)。
　　在約化速度為1,2和3時，作用在高質量比圓柱體上的拖曳力頻率是升力頻率的兩倍，順流向振動頻率是橫向振動頻率的兩倍；順流向振動頻率等于拖曳力頻率，橫向振動頻率等于升力頻率；圓柱體中部的運動軌跡以8字形為主。當約化速度為5時，圓柱體順流向振動頻率和橫向振動頻率相同，都等于作用在圓柱體上的升力頻率，這和傳統(tǒng)的渦激振動理論明顯不同；而且圓柱體中部的運動軌跡為橢圓形。當約化速度為4,6和7時，順流向振動頻率既不是橫向振動頻

4、率的兩倍，也不和橫向振動頻率一致；但是橫向的振動頻率一直等于升力頻率；運動軌跡比較混亂，8字形和橢圓形軌跡夾雜在一起。約化速度為8,9和10時，圓柱體的順流向振動頻率和橫向振動頻率一致，都等于2.0Hz，既不等于拖曳力頻率也不等于升力頻率，而是接近圓柱體的固有頻率，圓柱體中部運動軌跡以橢圓形為主。整個約化速度區(qū)間，渦泄模態(tài)都是規(guī)則的2S模態(tài)。
　　本文的創(chuàng)新之處體現在：在同一流速和約化速度下，能夠對比分析高低質量比圓柱體的渦激振動