海洋立管涡激振动的数值模拟研究.pdf

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1、第20卷第1-2期2016年2月船舶力学JournalofShipMechanicsV01．20No．1-2Feb．2016文章编号：1007—7294(2016)01—0093—06海洋立管涡激振动的数值模拟研究桂洪斌，卢腾超(哈尔滨工业大学(威海)船舶与海洋工程学院，山东威海264209)摘要：利用计算流体力学软件CFX分别对刚性和柔性立管的涡激振动进行了二维数值模拟。首先在雷诺数为200时，采用不同的湍流模型，计算了刚性立管的升力系数(CL)和阻力系数(CD)。与其它文献结果的比较表明，大涡

2、模拟(LES)在计算精度上要优于其它湍流模型。然后分别计算了不同约化速度下立管的升、阻力系数、漩涡脱落频率以及无因次振幅，分析了流固耦合对立管涡激振动的影响，得到了升阻力系数随雷诺数的变化规律以及“锁定(kck—in)”现象发生的约化速度范围。关键词：海洋立管；涡激振动；大涡模拟；“锁定”现象中图分类号：TU317．5文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1007—7294．2016．h1．0lllT‘’●』●n⋯●'’T¨l』●●’●州Ⅲnerical吼mUlaU0n0IVorte

3、x—lnaucedVlbration0InSerSGUIHong-bin，LUTeng-chao(SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering，HarbinInstituteofTechnologyatWeihai，Weihai264209，China)Abstract：Inthispaper，thevortex-inducedvibration(VIV)ofrigidandflexibleriserswasstudiedbasedontwo-dimen

4、sionalnumericalsimulation．Theliftcoefficient(CL)anddragcoefficient(CD)werecalculat—edusingdifferentturbulencemodelswhentheReynoldsnumberequalto200．TheresultcomparedwithotherliteraturesindicatedthattheLESturbulencemodeliSsuperiortootherturbulencemodels

5、inthecal—culationaccuracy．ThentheCL，CD，vortexsheddingfrequencyanddimensionlessamplitudewerecalcu-latedindifferentreducedvelocity(Vr)．Basedontheresuhs，thefluid—structureinteractionfFSI)effectsonriserVIVwereanalyzed。AndthevariationoftheCDandCLwithReynol

6、dsnumberwassummarized．ThevelocityrangeinwhichtheLock—inoccurswasfoundalso．Keywords：risers；VIV；LES；Lock—in0引言随着国际海洋石油工业的发展，以立管为代表的海洋结构物的涡激振动问题越来越受到人们的关注。海洋立管作为连接海洋平台和海底机械之间的主要构件，内部一般有高压油气通过，外部承受波浪、海流以及平台运动等载荷。当海流以一定的流速流过立管时，会在其两侧形成交替脱落的漩涡，对立管产生一个周期性的交变

7、力，使得管道产生涡激振动。当漩涡脱落频率和立管自振频率接近时，将发生“锁定”现象，从而使立管振动加剧，造成疲劳破坏。因此，研究海洋立管的涡激振动具有重要的工程应用价值。收稿日期：2015—07—01作者简介：桂洪斌(1967-)，男，博士，教授，E-mail：guihongbin@sina．com；卢腾超(1987-)，男，硕士，E-maih403979181@qq．com。船舶力学第20卷第1-2期对均匀来流绕固定圆柱的二维平面流动，国内外学者进行过大量研究【l】。研究表明，决定漩涡脱落形式的最

8、主要因素是雷诺数(Re)。当150