實(shí)尺度海洋鉆井隔水管渦激振動(dòng)及其抑制的數(shù)值模擬.pdf

1、近海能源勘探開發(fā)已進(jìn)入越來越深的海域。對(duì)于海上浮動(dòng)鉆井平臺(tái),隔水管系統(tǒng)是一個(gè)至關(guān)重要的部件。由于海流誘發(fā)的渦激振動(dòng)(VIV)是導(dǎo)致隔水管疲勞損傷的主要原因。近年來,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)VIV進(jìn)行了大量的研究,但是對(duì)于實(shí)際尺寸的隔水管VIV及其抑制的流固耦合(FSI)模擬非常缺乏。
　　本文選擇k-ω湍流模型求解非穩(wěn)態(tài)納維-斯托克斯(RANS)方程并結(jié)合瞬態(tài)分析求解結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)方程來模擬實(shí)尺度隔水管VIV特性及其抑制效果。首先,與經(jīng)典結(jié)果對(duì)

2、比的結(jié)果,表明吻合較好,驗(yàn)證了該方法的有效性;然后分別模擬了(1)長1125英尺(L=342.9 m)、直徑21英寸( D=0.5334 m)的隔水管在均勻流( V=0.8 m/s)以及線性梯度流(V=0.1~1.5 m/s)條件下的VIV特性;(2)長1650英尺(L=502.92 m)、直徑21英寸的隔水管在三種均勻流(V=0.1 m/s、0.5 m/s、0.8 m/s)下的VIV特性;以及(3)隔水管在預(yù)緊力、附屬管、螺紋列板三種

3、抑制措施下的VIV特性。結(jié)果表明:(1)平均速度相同的線性梯度流與均勻流下隔水管的最大變形與模態(tài)階數(shù)相差不大,但梯度流下發(fā)生最大變形的位置比均勻流下要高一點(diǎn),且梯度流下隔水管的振動(dòng)更加復(fù)雜、不規(guī)則。(2)不同速度的均勻流下隔水管VIV特性不同,隨著速度的增大,隔水管的變形、模態(tài)階數(shù)等都隨著增加。(3)隔水管運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)表現(xiàn)出變形的“8”字形,不過一般只在隔水管順流向變形小以及隔水管振動(dòng)模態(tài)階數(shù)低的位置表現(xiàn)得比較明顯。(4)預(yù)緊力、附屬管以