圆柱绕流及立管涡激振动数值计算分析

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1、分类号学号M201271444学校代码10487密级硕士学位论文圆柱绕流及立管涡激振动数值计算分析学位申请人：李骏学科专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：李威副教授答辩日期：2015年05月ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalAnalysisofFlowaroundaCircularCylinderandVortexInducedVibrationofRiserCandid

2、ate:LiJunMajor:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureSupervisor:AssociateProfessorLiWeiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡

3、献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华

4、中科技大学硕士学位论文摘要近年来国际社会对石油的需求持续增长，对石油的开采将是人类在未来长时间内工业发展一个核心方向。随着陆上可开采油田的数量越来越少，同时海洋石油资源的分布逐渐被发现，海洋石油开采将成为未来原油产量的主要来源，所以对海洋石油的开采毫无疑问是大势所趋。海洋石油开采的核心技术之一是立管系统的设计及制造，在海洋石油的开采过程中，立管系统扮演着及其关键的角色，因为它是连接海底生产系统和海上浮式平台的结构，除了作为输油管道外，立管还负责石油开采平台辅助线的支撑、辅助指导钻井或修井机相关工具通往海底井口、浮体平台回注非原油类流体至海底

5、井口的传输导管等诸多内容。当前国际上立管系统设计核心技术仅掌握在欧美少数国家，然而我国“十一五”规划的提出明确了我国大力发展并研究海洋石油开采技术的决心。海洋立管系统设计离不开对立管涡激振动的研究，在复杂海洋环境载荷作用下，其尾流区域会出现持续生成和脱落漩涡，研究表明这类漩涡将会致使立管受到周期变化的流体力作用。若系统的固有震动与该流体力的频率大致接近，它将会进入一个“涡激共振”状态，长时间的共振将会加速立管的断裂，导致结构提前损坏，甚至可以引起石油泄漏事故。本文首先概述海洋平台立管分类，接着详细综述涡激振动的概况。同时通过阐述流体流动特性

6、及其控制方程，研究了圆柱尾流区域漩涡产生与脱落的机理，并从本质上解释了涡激振动现象。通过流体控制方程的建立，即著名的纳维尔-斯托克斯方程，本文详细介绍了目前工程上对涡激振动研究应用较为广泛的数值求解方法，尤其是RNGk模型和SSTk模型。通过计算分析二维的弹性支撑条件下的刚性圆柱受迫振动，得出较优湍流模型，并深入分析了仿真计算结果与涡激振动现象的本质关系；在前文的研究成果下，借助Ansys和Fluent，计算并分析了三维立管的涡激振动响应特征，同时通过研究立管不同的结构参数对涡激振动响应的影响给I华中科技大学硕士学位论文出了具有一定

7、工程参考价值的研究结论。关键词：海洋立管；涡激振动；圆柱绕流；流固耦合；切片理论II华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththedemandofoilcontinuestogrowintheglobalsociety,oilexploitationwillbeaveryimportantdevelopingdirectionofindustryinthefuture.Meanwhilewiththeamountofterrestrialoilfieldbecomeslessandless,offshoreoilexploitati

8、onwillinevitablybeanimportantsourceofoilproductioninthefutureworld,whichmeansthetrendofde