深水頂張式立管螺旋側(cè)板抑制VIV機理研究.pdf

1、瀉渦脫落誘發(fā)的渦激振動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對立管的損傷，越來越受到海洋工程界的關(guān)注。目前在螺旋側(cè)板的物理實驗和數(shù)值模擬等方面仍面臨很多難題。本文以CFD（計算流體力學(xué)）數(shù)值模擬在渦激振動計算仿真中的應(yīng)用，通過物理模型實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合對光滑立管和覆蓋螺旋側(cè)板的立管的瀉渦脫落和與之對應(yīng)的渦激振動形態(tài)等進行了綜合研究。
　　 本文采用物理實驗驗證和數(shù)值模擬結(jié)合的方法深入研究光滑立管的渦激振動

2、機理，以及螺旋側(cè)板對立管渦激振動的抑振原理。其中物理模型實驗和數(shù)值模擬工作相互補充，前者為后者提供模型建立的方向性指導(dǎo)并作為判斷計算結(jié)果可靠性的依據(jù)；經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的后驗型數(shù)值模擬則為物理模型實驗提供對應(yīng)的螺旋側(cè)板尾流區(qū)瀉渦發(fā)放形態(tài)及結(jié)構(gòu)位移和變形的瞬時綜合信息，從漩渦發(fā)放形態(tài)隨時間和沿立管軸向變化闡釋螺旋側(cè)板對立管渦激振動的影響。同時，本文對數(shù)值模擬的結(jié)果和物理模型實驗觀測的結(jié)果之間存在的差異給予合理的說明，并提出改進方案。
　　

3、 在物理實驗中，取光滑立管與螺旋側(cè)板高為0.10D（D為立管的直徑）立管進行對比，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)板螺距對立管渦激振動的影響。
　　 在數(shù)值模擬過程中，將實驗中比較有代表性的兩組雷諾數(shù)：Re=200和Re=1500，兩種流速下對光滑立管和覆蓋螺旋側(cè)板的立管分2D和3D兩種情況進行模擬分析。在2D數(shù)值模擬中，光滑立管取一圓形截面進行分析，對于覆蓋螺旋側(cè)板的立管取其中四個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，進而研究螺旋側(cè)板對立管渦激振動的影響。在3D數(shù)值模擬過程中，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)果進行對比，分析螺旋側(cè)板高和螺距對立管渦激振動的影響，并通過對三維立管的疲勞壽命的計算得出最優(yōu)的螺