管道内流对海洋管线动力响应影响的仿真研究

发布时间：2024-02-18 18:16

　　海洋管道是海洋平台的重要组成部分之一,大多为长细比较大的柔性立管。作为输流通道,管道内通常会有高速油或气通过,对管道的振动幅值和频率产生较大的影响,但当前对海洋立管管道内流振动响应的研究涉及较少。本文运用CFD数值模拟方法,研究大长细比的柔性管道在内外流工况下的双向流固耦合,分析管道内流对管道涡激振动的影响。首先,运用单向流固耦合方法模拟只有内流工况下管道的振动响应。研究发现管道在一端固定另一端铰接的工况下,随着内流速增大,内流冲击力会促使弯曲弹性管体产生拉伸的倾向,由于受两端支撑约束作用,弹性管的整体曲率则呈现比较明显的增加趋势。然后,通过数值仿真方法对有无内流工况下的管道进行模拟,并进行傅里叶谱分析,发现两者的主振动频域及振幅相差较大,振动频率与无内流时相比较低。当管道的低频振动占主导并在附加动力的影响下,自振低频的频率也会随之降低,柔性管将会更易在结构低阶自振频率附近发生锁振现象。最后,对管道内流速度大小对管道振动响应的影响进行进一步研究,发现低流速时管道的振型变化较小。随着内流流速的增加,管道的振型发生较大变化,振幅也随之增大。为了更深入地研究管道内流的影响,本文改变了外流工况...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1涡分裂现象[16]

图1-1涡分裂现象[16]Fig.1.1Vortexsplittingphenomenon[16]现状者也对立管的涡激振动现象有许多研究成果[40]。陈伟分布等因素对涡激振动响应及附加质量的影响[30]。研与立管两端的顶张力有关，随着流场范围的增大，各线的斜率变化有较大差....

图2-1边界层分离图

第二章涡激振动的基本概念活中随处可见涡激振动，如电线在风经过时会产生上下振动，美为涡激振动而毁坏。圆柱状结构物处于有一定速度的流体中，其，漩涡反过来又会引起圆柱体振动，这种流体与结构物之间的相动”[48]。由于圆柱形构件在海洋工程领域应用极为广泛，涡激振数值仿真研究的重点。然而....

图2-2流体对圆柱体的作用示意图

柱体表面出现与泻涡旋转方向相反的环向流速1v，如图2-2所示。此时发放泻涡的一侧圆柱表面流体的流速为1vv，小于初始流速v。而柱体另一端的流体流速变为1vv，流速增加，由于流速差异圆柱两侧形成与来流方向垂直的压力差，即升力LF。随着尾涡脱落逐渐远离圆柱体并向下游移....

图2-3斯特劳哈尔数随雷诺数变化规律

第二章涡激振动的基本概念多数区域较为稳定，说明泻涡发放较为规则有序。当雷诺数处于亚临界状5310eR，tS的值稳定在0.2左右；当雷诺数继续增大时，tS也随之增内泻涡不规则发放，tS难以确定；当雷诺数增加到超临界状态时，即.351下降到达0.27附近....

本文编号：3902320