螺旋側板抑制海洋立管渦激振動的機理研究.pdf

1、本論文跟蹤了國內外有關圓柱體及海洋立管渦激振動問題及其抑制措施的最新研究動向,對本領域內的研究方法和進展進行了綜述和分析。以海洋立管為研究對象,首先引入附加螺旋側板的海洋立管模型,并對其相關幾何參數(shù)進行簡要介紹。在對圓柱繞流理論知識和計算流體力學基本思想深入了解的基礎上,采用ANSYS WORKBENCH14.0分別開展了光滑立管和附加螺旋側板立管的流場數(shù)值模擬計算,從不同角度探索螺旋側板對立管渦激抑制的機理,并對側板幾何參數(shù)進行抑制效

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了國內外有關渦激振動抑制措施特別是螺旋側板方面的研究現(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,明確本文研究方向為螺旋側板對渦激抑制的機理探索;
　　(2)系統(tǒng)介紹了螺旋側板相關幾何參數(shù)和流場基本研究方法。對圓柱體旋渦脫落模式進行了深入的原理分析。針對本文所采用的ANSYSWORKBENCH14.0中CFD計算流體力學分析流

3、程及數(shù)值計算方法原理進行陳述;
　　(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板立管的流場數(shù)值模擬研究。比較得出,螺旋側板有明顯抑制立管橫向振動的作用,橫向振幅最高抑制效率可達90％。流體流經(jīng)立管表面時,沿螺旋側板分流,螺旋側板的抑制效果即是通過將尾流場渦街分隔成數(shù)個部分來實現(xiàn)的;
　　(4)對固定支撐情況下亞臨界流動區(qū)域中附加不同參數(shù)螺旋側板的海洋立管渦激振動進行參數(shù)變化對渦激抑制效率的影響分析,

4、從不同角度綜合探索螺旋側板的抑制機理,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,側板高,對橫向振蕩抑制效果較佳。但側板過高會導致阻力明顯增加。綜合起來,H0.25d_P5d的組合成為最佳螺旋側板形式,橫向減幅高達90%。對于不同覆蓋率來說,覆蓋1/3螺旋結構時,橫向振幅改善程度達到84.55%。當覆蓋比例達到50%或更高時,振蕩情況減幅基本維持一