多個(gè)附屬小圓柱控制主圓柱流動(dòng)的數(shù)值研究.pdf

1、圓柱是海洋工程中的常用結(jié)構(gòu)形式，海洋平臺(tái)、鉆桿和海洋立管等結(jié)構(gòu)的繞流問(wèn)題的某種程度上均可簡(jiǎn)化成圓柱繞流。鉆井或石油開(kāi)采過(guò)程中，在主管周?chē)ǔ?huì)布置一些附屬管道，可能會(huì)使主管道繞流受力增加或減小。為了探討這些附屬管道對(duì)主管道繞流特性的影響，以便更好地應(yīng)用于工程實(shí)際中，本文利用FLUENT軟件對(duì)主圓柱外均布6個(gè)附屬小圓柱的二維不可壓縮流動(dòng)等進(jìn)行了研究。 本文著重研究了附屬小圓柱直徑d、大小圓柱間距G、大小圓柱相對(duì)角度α以及雷諾數(shù)(R

2、e≤600)的變化對(duì)直徑為D的大圓柱的升力系數(shù)、阻力系數(shù)和渦脫落頻率的影響作用。數(shù)值結(jié)果表明：在低雷諾數(shù)條件下(Re=200)，小圓柱直徑的變化對(duì)主圓柱的受力無(wú)明顯影響，但對(duì)St數(shù)的影響作用明顯；而G/D值對(duì)主圓柱受力以及渦脫落頻率都具有明顯的影響作用，當(dāng)G/D介于0.2到0.4之間時(shí)，主圓柱上的阻力系數(shù)、升力系數(shù)和St數(shù)最多可分別減小到不帶附屬小圓柱情況下的76％，0.4％和62％。低雷諾數(shù)下，隨著大小圓柱的相對(duì)角度α的改變，平均阻力

3、系數(shù)在G/D=1的情況下變化較明顯，升力系數(shù)幅值在G/D=0.125時(shí)變化也較大，平均升力系數(shù)則在G/D=0.185和1時(shí)都有較大改變，而G/D=0.375、0.5和1時(shí)，St數(shù)的變化則更明顯。不過(guò)這些變化都控制在單柱繞流水平的15％以?xún)?nèi)，對(duì)于工程問(wèn)題而言，這種變化是很小的。對(duì)于大圓柱外均布6個(gè)附屬小圓柱的模型，雷諾數(shù)的增加會(huì)使大圓柱受力不穩(wěn)定，且拖曳力系數(shù)和升力系數(shù)幅值都會(huì)有較大變化，但是相對(duì)于相同雷諾數(shù)下的單元柱繞流，大圓柱外均布6