實(shí)尺度雷諾數(shù)復(fù)雜來流條件下的立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)研究.pdf

1、立管等細(xì)長(zhǎng)海洋結(jié)構(gòu)物的渦激振動(dòng)會(huì)大大降低其疲勞壽命，隨著海洋石油開采逐漸向深水推進(jìn)，這一問題受到越來越多的關(guān)注。在回顧國(guó)內(nèi)外關(guān)于立管渦激振動(dòng)研究成果、追蹤國(guó)外最新研究方向的基礎(chǔ)上，本論文基于相似模型試驗(yàn)和直接實(shí)尺度試驗(yàn)兩種方法對(duì)實(shí)尺度雷諾數(shù)柔性立管開展了實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文主要內(nèi)容可以歸納為如下三個(gè)部分：
　　1．成功的獨(dú)立開發(fā)了可模擬實(shí)際尺寸立管、不同流剖面剪切流場(chǎng)、測(cè)試時(shí)間更長(zhǎng)的置于海洋工程深水池中柔性管件模型的渦激振動(dòng)

2、旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：T型塔架旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)裝置、實(shí)尺度立管模型、螺旋列板抑制裝置等。試驗(yàn)裝置的基本概念是：將試驗(yàn)立管安裝在T型塔架上，利用塔架帶動(dòng)試驗(yàn)立管在水池中旋轉(zhuǎn)，通過控制旋轉(zhuǎn)速度和試驗(yàn)立管固定位置，造出所要求的均勻相對(duì)來流和剪切相對(duì)來流。新的立管模型加工方法，克服以往方法中對(duì)立管結(jié)構(gòu)的破壞，使用了更加先進(jìn)的無電磁干擾的光纖光柵應(yīng)變傳感器。新的螺旋列板加工方法基于螺旋線展開原理，大大節(jié)約了加工成本，適合多規(guī)格螺旋列板抑制效果的比較試驗(yàn)

3、。
　　2．通過兩種方法開展了實(shí)尺度柔性立管的模型試驗(yàn)研究，第一種是相似模型試驗(yàn)方法，從模型試驗(yàn)的相似理論出發(fā)，基于渦激振動(dòng)預(yù)報(bào)方法的理論分析；通過對(duì)模型試驗(yàn)中按照相似理論換算得到的流速進(jìn)行調(diào)整的方法，改變模型立管的渦激振動(dòng)響應(yīng)，并逼近實(shí)尺度立管的渦激振動(dòng)響應(yīng)。
　　3．第二種是直接進(jìn)行實(shí)尺度立管模型的室內(nèi)試驗(yàn)。本文使用自主開發(fā)的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)?zāi)Ｐ停谏虾＝煌ù髮W(xué)海洋工程水池完成了剪切流場(chǎng)實(shí)尺度柔性立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)研究，試驗(yàn)

4、內(nèi)容包括了縮尺立管模型和實(shí)尺度立管模型的裸露狀態(tài)渦激振動(dòng)試驗(yàn)，和帶有抑制裝置的渦激振動(dòng)試驗(yàn)。
　　通過本文的研究工作，得到如下主要結(jié)論：
　　1．通過試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所開發(fā)實(shí)尺度雷諾數(shù)立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的使用可靠性。
　　2．相似模型試驗(yàn)研究結(jié)果表明：通過調(diào)整試驗(yàn)流速，提高試驗(yàn)的雷諾數(shù)，可以使立管模型的渦激振動(dòng)響應(yīng)模態(tài)數(shù)、無量綱振幅RMS(A/D)響應(yīng)與實(shí)尺寸立管很好的符合。針對(duì)不同的縮尺比模型，給出了立管模型試驗(yàn)

5、流速與其模擬的真實(shí)流速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系式。
　　3．實(shí)尺度立管模型室內(nèi)試驗(yàn)中，對(duì)流向（IL）和垂直流向（CF）方向的應(yīng)變值進(jìn)行了測(cè)量，立管的位移通過模態(tài)分析法分析應(yīng)變值得到。結(jié)果包括：1）得到了剪切流場(chǎng)下實(shí)尺度雷諾數(shù)立管模型的VIV響應(yīng)特性；2）剪切流場(chǎng)下，螺旋列板能夠有效的抑制立管的渦激振動(dòng)；3）剪切流場(chǎng)中，17.5D/0.25D螺旋列板對(duì)NO.1立管平均抑制效率達(dá)到99.25％，NO.2立管能到達(dá)93.96%以上。4）縮尺立管模