隔水管渦激振動(dòng)及其附屬管抑制的離散渦模擬.pdf

1、隔水管是連接海洋鉆井口和海面浮式平臺(tái)的重要通道,是海洋油氣勘探和開采系統(tǒng)中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。在復(fù)雜的海洋環(huán)境之中,隔水管受洋流的影響發(fā)生渦激振動(dòng),從而對(duì)正常的生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生不利影響,甚至造成嚴(yán)重的生產(chǎn)和環(huán)境事故。本文將隔水管渦激振動(dòng)問題簡(jiǎn)化為二維模型,借助離散渦方法,對(duì)隔水管的渦激振動(dòng)問題進(jìn)行研究。采用附加附屬管的方式來抑制隔水管的渦激振動(dòng),探究了附屬管管數(shù)以及來流角度對(duì)渦激振動(dòng)抑制效果的影響。
　　為了驗(yàn)證離散渦方法的可靠性,分別采用流

2、函數(shù)法和鏡像法對(duì)不同雷諾數(shù)的情況作了模擬,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)照顯示離散渦方法具有較好的計(jì)算效率和精度,且流函數(shù)法具有更好的擴(kuò)展性。對(duì)單自由度運(yùn)動(dòng)圓柱的模擬結(jié)果較好地反映出了初始分支、鎖定區(qū)域和下端分支,但模擬得到的最大峰值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比誤差較大。對(duì)兩向自由度運(yùn)動(dòng)圓柱的模擬表明順流方向的振動(dòng)對(duì)圓柱的橫向振動(dòng)有加強(qiáng)作用。
　　對(duì)四種不同管數(shù)的附屬管配置情況的模擬結(jié)果表明,除了管數(shù)為4、來流角度為45°的情況,附屬管能一定程度上降低升阻力,

3、并抑制漩渦脫落。并且多管數(shù)的情況下,抑制效果更好。對(duì)附屬管管數(shù)為4和10兩種布局,分別代表少管數(shù)和多管數(shù)的情況,進(jìn)行了對(duì)來流方向的敏感性分析并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,發(fā)現(xiàn)多管數(shù)對(duì)來流方向的敏感性要低得多。相對(duì)于單隔水管,10根管能使時(shí)均阻力系數(shù)和脈動(dòng)升力系數(shù)分別獲得約26％和79%的降低。在對(duì)附加附屬管后的渦激振動(dòng)的抑制與固定情況升阻力的降低基本一致。附屬管管數(shù)n=4時(shí),進(jìn)入鎖定區(qū)域后最大振幅最多降低了15%。管數(shù)n=8的情況下,在鎖定區(qū)域內(nèi)的