實尺度雷諾數(shù)復(fù)雜來流條件下的立管渦激振動試驗研究.pdf

1、立管等細(xì)長海洋結(jié)構(gòu)物的渦激振動會大大降低其疲勞壽命，隨著海洋石油開采逐漸向深水推進(jìn)，這一問題受到越來越多的關(guān)注。在回顧國內(nèi)外關(guān)于立管渦激振動研究成果、追蹤國外最新研究方向的基礎(chǔ)上，本論文基于相似模型試驗和直接實尺度試驗兩種方法對實尺度雷諾數(shù)柔性立管開展了實驗研究。
　　本文主要內(nèi)容可以歸納為如下三個部分：
　　1．成功的獨立開發(fā)了可模擬實際尺寸立管、不同流剖面剪切流場、測試時間更長的置于海洋工程深水池中柔性管件模型的渦激振動

2、旋轉(zhuǎn)試驗系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：T型塔架旋轉(zhuǎn)試驗裝置、實尺度立管模型、螺旋列板抑制裝置等。試驗裝置的基本概念是：將試驗立管安裝在T型塔架上，利用塔架帶動試驗立管在水池中旋轉(zhuǎn)，通過控制旋轉(zhuǎn)速度和試驗立管固定位置，造出所要求的均勻相對來流和剪切相對來流。新的立管模型加工方法，克服以往方法中對立管結(jié)構(gòu)的破壞，使用了更加先進(jìn)的無電磁干擾的光纖光柵應(yīng)變傳感器。新的螺旋列板加工方法基于螺旋線展開原理，大大節(jié)約了加工成本，適合多規(guī)格螺旋列板抑制效果的比較試驗

3、。
　　2．通過兩種方法開展了實尺度柔性立管的模型試驗研究，第一種是相似模型試驗方法，從模型試驗的相似理論出發(fā)，基于渦激振動預(yù)報方法的理論分析；通過對模型試驗中按照相似理論換算得到的流速進(jìn)行調(diào)整的方法，改變模型立管的渦激振動響應(yīng)，并逼近實尺度立管的渦激振動響應(yīng)。
　　3．第二種是直接進(jìn)行實尺度立管模型的室內(nèi)試驗。本文使用自主開發(fā)的試驗裝置和試驗?zāi)Ｐ?，在上海交通大學(xué)海洋工程水池完成了剪切流場實尺度柔性立管渦激振動試驗研究，試驗

4、內(nèi)容包括了縮尺立管模型和實尺度立管模型的裸露狀態(tài)渦激振動試驗，和帶有抑制裝置的渦激振動試驗。
　　通過本文的研究工作，得到如下主要結(jié)論：
　　1．通過試驗結(jié)果驗證了本文所開發(fā)實尺度雷諾數(shù)立管渦激振動試驗系統(tǒng)的使用可靠性。
　　2．相似模型試驗研究結(jié)果表明：通過調(diào)整試驗流速，提高試驗的雷諾數(shù)，可以使立管模型的渦激振動響應(yīng)模態(tài)數(shù)、無量綱振幅RMS(A/D)響應(yīng)與實尺寸立管很好的符合。針對不同的縮尺比模型，給出了立管模型試驗

5、流速與其模擬的真實流速之間的對應(yīng)關(guān)系式。
　　3．實尺度立管模型室內(nèi)試驗中，對流向（IL）和垂直流向（CF）方向的應(yīng)變值進(jìn)行了測量，立管的位移通過模態(tài)分析法分析應(yīng)變值得到。結(jié)果包括：1）得到了剪切流場下實尺度雷諾數(shù)立管模型的VIV響應(yīng)特性；2）剪切流場下，螺旋列板能夠有效的抑制立管的渦激振動；3）剪切流場中，17.5D/0.25D螺旋列板對NO.1立管平均抑制效率達(dá)到99.25％，NO.2立管能到達(dá)93.96%以上。4）縮尺立管模