質(zhì)量比對細(xì)長圓柱體渦激振動(dòng)影響的數(shù)值研究.pdf

1、隨著陸上石油資源的日益減少，開發(fā)深海石油資源成為世界各國的共識(shí)，而深海開發(fā)的最關(guān)鍵技術(shù)就是石油立管。隨著水深的增加，立管的振動(dòng)幅值越來越大，流固耦合作用越來越劇烈，深水立管的渦激振動(dòng)問題已經(jīng)成為各國學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文采用ANSYS-CFX軟件對低質(zhì)量比和高質(zhì)量比細(xì)長圓柱體的渦激振動(dòng)進(jìn)行了模擬，分析了質(zhì)量比的大小對圓柱體渦激振動(dòng)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)兩者在相同流速，相同約化速度下的兩向運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)頻率，運(yùn)動(dòng)軌跡和漩渦脫落的形式明顯不同，主要

2、結(jié)論如下：
　　在約化速度從1到10的范圍內(nèi)，作用在低質(zhì)量比圓柱體上的拖曳力頻率是升力頻率的兩倍,順流向振動(dòng)頻率是橫向振動(dòng)頻率的兩倍；順流向振動(dòng)頻率等于拖曳力頻率，橫向振動(dòng)頻率等于升力頻率；這和傳統(tǒng)的渦激振動(dòng)理論保持一致，即響應(yīng)頻率等于荷載頻率。分析表明，圓柱體中部的運(yùn)動(dòng)軌跡以8字形為主；在約化速度為1,2,3,時(shí)，渦泄以2S模態(tài)為主；當(dāng)約化速度為4,5,6,7渦泄模態(tài)為2P模態(tài)；當(dāng)約化速度為8,9,10時(shí)，基本上觀察不到明顯的漩

3、渦泄放模態(tài)。
　　在約化速度為1,2和3時(shí)，作用在高質(zhì)量比圓柱體上的拖曳力頻率是升力頻率的兩倍，順流向振動(dòng)頻率是橫向振動(dòng)頻率的兩倍；順流向振動(dòng)頻率等于拖曳力頻率，橫向振動(dòng)頻率等于升力頻率；圓柱體中部的運(yùn)動(dòng)軌跡以8字形為主。當(dāng)約化速度為5時(shí)，圓柱體順流向振動(dòng)頻率和橫向振動(dòng)頻率相同，都等于作用在圓柱體上的升力頻率，這和傳統(tǒng)的渦激振動(dòng)理論明顯不同；而且圓柱體中部的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓形。當(dāng)約化速度為4,6和7時(shí)，順流向振動(dòng)頻率既不是橫向振動(dòng)頻

4、率的兩倍，也不和橫向振動(dòng)頻率一致；但是橫向的振動(dòng)頻率一直等于升力頻率；運(yùn)動(dòng)軌跡比較混亂，8字形和橢圓形軌跡夾雜在一起。約化速度為8,9和10時(shí)，圓柱體的順流向振動(dòng)頻率和橫向振動(dòng)頻率一致，都等于2.0Hz，既不等于拖曳力頻率也不等于升力頻率，而是接近圓柱體的固有頻率，圓柱體中部運(yùn)動(dòng)軌跡以橢圓形為主。整個(gè)約化速度區(qū)間，渦泄模態(tài)都是規(guī)則的2S模態(tài)。
　　本文的創(chuàng)新之處體現(xiàn)在：在同一流速和約化速度下，能夠?qū)Ρ确治龈叩唾|(zhì)量比圓柱體的渦激振動(dòng)