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隔水管涡激振动及其附属管抑制的离散涡模拟
| 论文题名： | 隔水管涡激振动及其附属管抑制的离散涡模拟 |
| 关键词： | 水上平台;圆柱绕流;涡激振动;离散涡;隔水管 |
| 摘要： | 隔水管是连接海洋钻井口和海面浮式平台的重要通道,是海洋油气勘探和开采系统中的关键结构。在复杂的海洋环境之中,隔水管受洋流的影响发生涡激振动,从而对正常的生产作业产生不利影响,甚至造成严重的生产和环境事故。本文将隔水管涡激振动问题简化为二维模型,借助离散涡方法,对隔水管的涡激振动问题进行研究。采用附加附属管的方式来抑制隔水管的涡激振动,探究了附属管管数以及来流角度对涡激振动抑制效果的影响。 为了验证离散涡方法的可靠性,分别采用流函数法和镜像法对不同雷诺数的情况作了模拟,与实验结果的对照显示离散涡方法具有较好的计算效率和精度,且流函数法具有更好的扩展性。对单自由度运动圆柱的模拟结果较好地反映出了初始分支、锁定区域和下端分支,但模拟得到的最大峰值与实验结果相比误差较大。对两向自由度运动圆柱的模拟表明顺流方向的振动对圆柱的横向振动有加强作用。 对四种不同管数的附属管配置情况的模拟结果表明,除了管数为4、来流角度为45°的情况,附属管能一定程度上降低升阻力,并抑制漩涡脱落。并且多管数的情况下,抑制效果更好。对附属管管数为4和10两种布局,分别代表少管数和多管数的情况,进行了对来流方向的敏感性分析并与实验结果对比,发现多管数对来流方向的敏感性要低得多。相对于单隔水管,10根管能使时均阻力系数和脉动升力系数分别获得约26％和79%的降低。在对附加附属管后的涡激振动的抑制与固定情况升阻力的降低基本一致。附属管管数n=4时,进入锁定区域后最大振幅最多降低了15%。管数n=8的情况下,在锁定区域内的最大振幅最多降低了42%,对涡激振动的抑制效果非常明显。 总而言之,本文试图采用计算效率更高的离散涡方法来对隔水管的涡激振动问题及其附属管的抑制进行研究,为相关工程实际的应用提供快速准确的参考。 |
| 作者： | 黄熙龙 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 王嘉松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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