水下管汇阻力系数和附加质量系数的cfd计算

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1、水下管汇阻力系数和附加质量系数的CFD计算田宇罗晓兰戚昱王丽男中国石油大学（北竄m械与储运工程学院深水管汇下放是水下生产系统安全工作的关键技术之一。针对深水管汇不放时受到的水动力，即阻尼力和附加质量力进行分析研宂。通过CTO软件Fluent建立管汇水动力计算模型和水下作业环境中绕流场的模型，计算管汇下放3个方向阻尼力及其阻力系数;利用动网格技术模拟管汇在流场中的加速运动，求得管汇在水中的变速运动带动周围的流体-起做不定常运动所形成的附加质量系数。通过与现有DNV经验数据对比，计算结果误差较小，从而验证丫此计算方法的正确性，为船-缆-

2、体的耦合分析计算及下放安装的仿真控制提供参考。关键词：水下管汇;CFD;阻尼系数;附加质量系数;田宇（1995-）,男，甘肃天水人，研究生，主要从事工业机器人研究，E-mail:ty-cupl23@163.com。2017-06-29基金：W家工信部2013年高校船舶（海洋装备）科研项目“水下采油树配套工具研发”（工信部联装[2013]41号）CFDBasedDragCoefficientandAdditionalMassCoefficientCalculationofSubseaManifoldTIANYuLUOXiaolanQI

3、YuWANGLinanCollegeofMechanicalEngineering，ChinaUniversityofPetroleum;Abstract：Theinstallationofsubseamanifoldisoneofthekeytechnologiesforthesafetyofunderwaterproductionsystems.Inthispaper,thedragforceandtheadditionalmassforceofhydrodynamicsareanalyzed.TheCFDsoftwareFlu

4、entisusedtoestablishthemodelofmanifoldwaterandsimulatethecalculationofflowaroundtheunderwateroperatingenvironment.Thethreedirectionsofdragforceanditsdragforcecoefficientarecalculated.Theuseofdynamicgridtechnologytosimulatethemanifold’sacceleratedmovementintheflowfield,

5、toconsiderthemanifoldinthewaterinthevariablespeeddrivearoundthefluidtogethertodowiththeconstantmovementoftheformationofadditionalmasscoefficient.BycomparingwiththeempiricaldataofDNV,theerrorofthecalculationresultissmall，whichverifiesthecorrectnessofthecalculationmethod

6、andlaysthefoundationforthecouplinganalysisofship-cable-bodyandthesimulationcontrolofthedecentralizedinstallation.Keyword：subseamanifold;CFD;dragforcecoefficient;additionalmasscoefficient;Received：2017-06-29随着油气资源的开发重点向海洋转移，在深水屮顺利安装管汇是其关键技术之一。水动力系数影响着管汇在水中的动力学参数，对管汇所受到的

7、水动力进行分析和计算，可以准确计算下放结构物的载荷，以扩大适用船只的范围，提高作业安全系数。管汇的水动力系数在模拟管汇下放，进行船-缆-体的耦合分析时有着极为重要的作用111。在管汇的下放过程中，受到的水动力主要包括阻尼力和附加质量力。通常对水不物体流体动力系数的求解主要通过势流理论等流体力学知识，进行理论经验计算m，或者通过水池模型试验模拟求得结果，但计算方法在经济性和可靠性上难以很好的结合。随着计算机技术的发展，计算流体力学(CFD)成为新的计算方法，使用计算机数值模拟求解，在精度和成木上具有极大优势，很适合进行相关的工程计算。

8、本文采用CH)通用软件Fluent进行流场模拟，求解管汇的相关水动力，计算相关的阻尼系数和附加质量系数。1管汇计算模型的建立1.1受力分析管汇入水后的运动表现是刚体在六自由度上都可以运动，受力较为复杂，假设管汇的水下运动局限于二维垂直