流速分層流場(chǎng)中細(xì)長(zhǎng)柔性立管渦激振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、伴隨世界海洋油氣工業(yè)向深海進(jìn)軍的熱潮，對(duì)深海立管渦激振動(dòng)問(wèn)題的研究現(xiàn)在正成為整個(gè)深海油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)研究領(lǐng)域里的熱點(diǎn)。對(duì)于細(xì)長(zhǎng)柔性管件渦激振動(dòng)的研究，實(shí)驗(yàn)是目前最可靠和最主要的研究手段之一。 在整個(gè)海洋水深范圍內(nèi)，不但有表層流動(dòng)，也有靠近海底的流動(dòng)，甚至也會(huì)出現(xiàn)中部水深處的突發(fā)激流。深海立管必然長(zhǎng)期遭受這種流速分層流場(chǎng)的作用。目前，世界上研究較多的是在均勻流場(chǎng)及剪切流場(chǎng)中細(xì)長(zhǎng)柔性立管的渦激振動(dòng)。但是，對(duì)流速分層流場(chǎng)中細(xì)長(zhǎng)柔性立管渦激

2、振動(dòng)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究很少涉及。在獨(dú)立開(kāi)發(fā)出拖曳水池中流速增大裝置的基礎(chǔ)上，本論文完成了流速分層流場(chǎng)中細(xì)長(zhǎng)柔性立管渦激振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究。 經(jīng)數(shù)值實(shí)驗(yàn)和水池實(shí)驗(yàn)的研究，流速增大裝置可以在其內(nèi)部一定區(qū)域獲得明顯高于拖車車速且平穩(wěn)、均勻的流場(chǎng)，同時(shí)流速增大裝置對(duì)其以外的流場(chǎng)影響很小。 利用流速增大裝置在立管外制造流速增大層，并進(jìn)而完成流速分層流場(chǎng)中細(xì)長(zhǎng)柔性立管渦激振動(dòng)實(shí)驗(yàn)是可行的。本實(shí)驗(yàn)中主要測(cè)量?jī)x器為應(yīng)變片，等間距布置于立管流向和

3、垂直流向上。在對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后，主要得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論：1，立管在流向上會(huì)因流體拖曳力的作用而出現(xiàn)彎曲，流速增大層會(huì)使這條彎曲曲線的最大彎曲點(diǎn)往流速增大層的作用段移動(dòng)；2，立管表面流向應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)差基本上會(huì)隨著立管Re數(shù)水平的增大而增大，立管表面垂直流向應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)差會(huì)隨著立管Re數(shù)水平的增大而出現(xiàn)一些起伏；3，立管流向振動(dòng)和垂直流向振動(dòng)的階數(shù)都會(huì)隨著立管外Re數(shù)水平的上升而緩慢增多，立管流向振動(dòng)階數(shù)與垂直流向振動(dòng)階數(shù)基本一致；4，在分

4、層流場(chǎng)的某些流速條件下立管垂直流向振動(dòng)將與拍振動(dòng)類似；5，在分層流場(chǎng)中，立管外Re數(shù)水平較低和較高時(shí)立管流向振動(dòng)在頻域內(nèi)分布比較分散，立管外Re數(shù)水平適中時(shí)，流向振動(dòng)在頻域內(nèi)分布比較集中；6，立管外Re數(shù)水平較高時(shí)的頻域內(nèi)分散式分布的立管流向振動(dòng)頻率水平低于立管外Re數(shù)水平適中時(shí)的集中式立管流向振動(dòng)的頻率水平；7，在分層流場(chǎng)中，立管外Re數(shù)水平較高時(shí)立管垂直流向振動(dòng)在頻域內(nèi)分布比較分散，立管外Re數(shù)水平較低及適中時(shí)，垂直流向振動(dòng)在頻域內(nèi)