螺旋側(cè)板抑制海洋立管渦激振動(dòng)的機(jī)理研究.pdf

1、本論文跟蹤了國(guó)內(nèi)外有關(guān)圓柱體及海洋立管渦激振動(dòng)問題及其抑制措施的最新研究動(dòng)向,對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的研究方法和進(jìn)展進(jìn)行了綜述和分析。以海洋立管為研究對(duì)象,首先引入附加螺旋側(cè)板的海洋立管模型,并對(duì)其相關(guān)幾何參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。在對(duì)圓柱繞流理論知識(shí)和計(jì)算流體力學(xué)基本思想深入了解的基礎(chǔ)上,采用ANSYS WORKBENCH14.0分別開展了光滑立管和附加螺旋側(cè)板立管的流場(chǎng)數(shù)值模擬計(jì)算,從不同角度探索螺旋側(cè)板對(duì)立管渦激抑制的機(jī)理,并對(duì)側(cè)板幾何參數(shù)進(jìn)行抑制效

2、率敏感性分析。論文的具體工作和主要研究成果如下:
　　(1)較為全面的回顧和總結(jié)了國(guó)內(nèi)外有關(guān)渦激振動(dòng)抑制措施特別是螺旋側(cè)板方面的研究現(xiàn)狀及其研究方法,找出目前研究成果中存在的不足和待深入研究的問題,明確本文研究方向?yàn)槁菪齻?cè)板對(duì)渦激抑制的機(jī)理探索;
　　(2)系統(tǒng)介紹了螺旋側(cè)板相關(guān)幾何參數(shù)和流場(chǎng)基本研究方法。對(duì)圓柱體旋渦脫落模式進(jìn)行了深入的原理分析。針對(duì)本文所采用的ANSYSWORKBENCH14.0中CFD計(jì)算流體力學(xué)分析流

3、程及數(shù)值計(jì)算方法原理進(jìn)行陳述;
　　(3)開展了亞臨界雷諾數(shù)區(qū)域Re=3900下三維光滑立管和附加螺旋側(cè)板立管的流場(chǎng)數(shù)值模擬研究。比較得出,螺旋側(cè)板有明顯抑制立管橫向振動(dòng)的作用,橫向振幅最高抑制效率可達(dá)90％。流體流經(jīng)立管表面時(shí),沿螺旋側(cè)板分流,螺旋側(cè)板的抑制效果即是通過將尾流場(chǎng)渦街分隔成數(shù)個(gè)部分來實(shí)現(xiàn)的;
　　(4)對(duì)固定支撐情況下亞臨界流動(dòng)區(qū)域中附加不同參數(shù)螺旋側(cè)板的海洋立管渦激振動(dòng)進(jìn)行參數(shù)變化對(duì)渦激抑制效率的影響分析,

4、從不同角度綜合探索螺旋側(cè)板的抑制機(jī)理,其中包括升阻力系數(shù)、順流向中軸線上壓力系數(shù)分布、沿流向中軸線渦量變化、前、后駐點(diǎn)壓力系數(shù)和斯特勞哈爾數(shù)及頻譜分析等。綜合得出:螺距小,側(cè)板高,對(duì)橫向振蕩抑制效果較佳。但側(cè)板過高會(huì)導(dǎo)致阻力明顯增加。綜合起來,H0.25d_P5d的組合成為最佳螺旋側(cè)板形式,橫向減幅高達(dá)90%。對(duì)于不同覆蓋率來說,覆蓋1/3螺旋結(jié)構(gòu)時(shí),橫向振幅改善程度達(dá)到84.55%。當(dāng)覆蓋比例達(dá)到50%或更高時(shí),振蕩情況減幅基本維持一