并列雙圓柱繞流的水動力特性研究.pdf

1、圓柱狀的海洋工程結(jié)構(gòu)(海洋立管、海底管線等)在深海海洋開發(fā)中有廣泛的應(yīng)用。海洋中的波浪、流流經(jīng)柱體時,在柱體后形成交替脫落的旋渦,此現(xiàn)象稱為圓柱繞流。交替脫落的旋渦會對柱體產(chǎn)生周期性的作用力并能引發(fā)振動,影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固和安全。近幾年隨著油氣開采向深海發(fā)展,出現(xiàn)了多個直徑不等的圓柱體組合形式,比如“背負式”形式:在大直徑柱體附近設(shè)置小直徑柱體。密集排列的多柱體在圓柱繞流影響下容易發(fā)生相互碰撞,導致結(jié)構(gòu)破壞。因此研究不等直徑多柱體的繞流具有

2、重要實際價值。不等直徑多柱體的圓柱繞流不是單個圓柱繞流的疊加,直徑比d/D(d和D分別為小大圓柱的直徑)、間距比G/D(G為兩圓柱表面之間的距離)和雷諾數(shù)Re均會對多柱體繞流產(chǎn)生影響。目前對不等直徑并列雙圓柱的數(shù)值研究中G/D和d/D的劃分范圍較小、劃分間隔較大,且雷諾數(shù)對并列雙圓柱的影響尚不明確。為進一步研究G/D、d/D以及雷諾數(shù)Re對并列雙圓柱繞流的影響,本文對Re=3900情況下不等直徑并列雙圓柱的繞流進行了數(shù)值模擬,模擬采用的

3、間距比G/D為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.5、2.0、2.5,直徑比d/D為0.25、0.5、0.75、1.0。
　　本文分析了G/D和d/D對兩柱體尾流形態(tài)、升阻力系數(shù)和斯特魯哈數(shù)St的影響。結(jié)果表明隨著G/D變化,尾流呈現(xiàn)出不同的形式,繞流參數(shù)值也隨之變化。當0

4、G/D?0.5~1.0時,柱后出現(xiàn)交替的偏斜流,為偏斜流區(qū),阻力系數(shù)隨著G/D的增大呈波動變化,升力系數(shù)隨G/D的增大逐漸減小,在臨界間距比附近出現(xiàn)突變,St出現(xiàn)多個值;當0.5~1.0　　直徑比d/D不同時,偏斜流區(qū)G/D的范圍、小柱的尾流寬度、間隙流向大柱的偏斜程度等也不相同。
　　通過將本文的尾流形態(tài)、升阻力系數(shù)和斯特魯哈數(shù)St與已有研