海洋輸流立管渦激振動試驗研究及數(shù)值模擬.pdf

1、海洋輸流立管是海面與海底井口間的主要連接件，是海洋基礎結構的關鍵組成部分，作為海面與海底的一種聯(lián)系通道，既可用于浮式海洋平臺，又可用于固定式平臺及鉆探船舶。海洋立管內部一般有高壓的油或氣流過，外部承受波浪、海流作用，當波浪、海流流經(jīng)立管時，在一定的流速下會產生渦旋脫落，使立管發(fā)生渦激振動，當海洋立管自振頻率與旋渦脫落頻率接近時，振動會迫使旋渦脫落頻率固定在結構自振頻率附近，發(fā)生頻率鎖定(10ck—in)現(xiàn)象，引起管道振動加強。所以，在海

2、洋立管(包括注水立管，生產立管及輸出立管)的設計中，渦激振動是一個非常重要問題。 當管內介質流經(jīng)撓曲的管道時，由于管道曲率的變化和管道的橫向振動，流體發(fā)生加速，這些加速的力會反過來作用在管道上，引起管道的附加振動。海洋輸流立管在渦激振動和管內流體流動的共同作用下可能引起大幅度的振動，使得應力加大，易引起管道的疲勞破壞。目前，同時考慮管道內外流共同作用的渦激振動理論研究較少，試驗研究尚未見有報道。因此，考慮管內流體流動及管外海洋環(huán)

3、境共同作用的海洋立管試驗、理論研究，不僅有重要的科學意義，在工程上亦有較大的應用價值。 本文以海洋輸流立管為研究對象，考慮管內流體流動及管外海洋環(huán)境的共同作用，對淺水剛性立管進行了有比尺渦激振動試驗研究，對深水柔性立管進行了無比尺渦激振動試驗研究；采用能量守恒原理建立了立管振動方程，并用Matteoluca尾流振子模型來模擬流體對立管的渦激振動作用力，求解立管渦激振動響應，編制Matlab計算程序，并將數(shù)值模擬結果與試驗結果進行