隔水管渦激振動及其附屬管抑制的離散渦模擬.pdf

1、隔水管是連接海洋鉆井口和海面浮式平臺的重要通道,是海洋油氣勘探和開采系統(tǒng)中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。在復(fù)雜的海洋環(huán)境之中,隔水管受洋流的影響發(fā)生渦激振動,從而對正常的生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生不利影響,甚至造成嚴重的生產(chǎn)和環(huán)境事故。本文將隔水管渦激振動問題簡化為二維模型,借助離散渦方法,對隔水管的渦激振動問題進行研究。采用附加附屬管的方式來抑制隔水管的渦激振動,探究了附屬管管數(shù)以及來流角度對渦激振動抑制效果的影響。
　　為了驗證離散渦方法的可靠性,分別采用流

2、函數(shù)法和鏡像法對不同雷諾數(shù)的情況作了模擬,與實驗結(jié)果的對照顯示離散渦方法具有較好的計算效率和精度,且流函數(shù)法具有更好的擴展性。對單自由度運動圓柱的模擬結(jié)果較好地反映出了初始分支、鎖定區(qū)域和下端分支,但模擬得到的最大峰值與實驗結(jié)果相比誤差較大。對兩向自由度運動圓柱的模擬表明順流方向的振動對圓柱的橫向振動有加強作用。
　　對四種不同管數(shù)的附屬管配置情況的模擬結(jié)果表明,除了管數(shù)為4、來流角度為45°的情況,附屬管能一定程度上降低升阻力,

3、并抑制漩渦脫落。并且多管數(shù)的情況下,抑制效果更好。對附屬管管數(shù)為4和10兩種布局,分別代表少管數(shù)和多管數(shù)的情況,進行了對來流方向的敏感性分析并與實驗結(jié)果對比,發(fā)現(xiàn)多管數(shù)對來流方向的敏感性要低得多。相對于單隔水管,10根管能使時均阻力系數(shù)和脈動升力系數(shù)分別獲得約26％和79%的降低。在對附加附屬管后的渦激振動的抑制與固定情況升阻力的降低基本一致。附屬管管數(shù)n=4時,進入鎖定區(qū)域后最大振幅最多降低了15%。管數(shù)n=8的情況下,在鎖定區(qū)域內(nèi)的