海洋輸流立管渦激振動(dòng)試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、海洋輸流立管是海面與海底井口間的主要連接件，是海洋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，作為海面與海底的一種聯(lián)系通道，既可用于浮式海洋平臺(tái)，又可用于固定式平臺(tái)及鉆探船舶。海洋立管內(nèi)部一般有高壓的油或氣流過，外部承受波浪、海流作用，當(dāng)波浪、海流流經(jīng)立管時(shí)，在一定的流速下會(huì)產(chǎn)生渦旋脫落，使立管發(fā)生渦激振動(dòng)，當(dāng)海洋立管自振頻率與旋渦脫落頻率接近時(shí)，振動(dòng)會(huì)迫使旋渦脫落頻率固定在結(jié)構(gòu)自振頻率附近，發(fā)生頻率鎖定(10ck—in)現(xiàn)象，引起管道振動(dòng)加強(qiáng)。所以，在海

2、洋立管(包括注水立管，生產(chǎn)立管及輸出立管)的設(shè)計(jì)中，渦激振動(dòng)是一個(gè)非常重要問題。 當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)流經(jīng)撓曲的管道時(shí)，由于管道曲率的變化和管道的橫向振動(dòng)，流體發(fā)生加速，這些加速的力會(huì)反過來作用在管道上，引起管道的附加振動(dòng)。海洋輸流立管在渦激振動(dòng)和管內(nèi)流體流動(dòng)的共同作用下可能引起大幅度的振動(dòng)，使得應(yīng)力加大，易引起管道的疲勞破壞。目前，同時(shí)考慮管道內(nèi)外流共同作用的渦激振動(dòng)理論研究較少，試驗(yàn)研究尚未見有報(bào)道。因此，考慮管內(nèi)流體流動(dòng)及管外海洋環(huán)

3、境共同作用的海洋立管試驗(yàn)、理論研究，不僅有重要的科學(xué)意義，在工程上亦有較大的應(yīng)用價(jià)值。 本文以海洋輸流立管為研究對(duì)象，考慮管內(nèi)流體流動(dòng)及管外海洋環(huán)境的共同作用，對(duì)淺水剛性立管進(jìn)行了有比尺渦激振動(dòng)試驗(yàn)研究，對(duì)深水柔性立管進(jìn)行了無比尺渦激振動(dòng)試驗(yàn)研究；采用能量守恒原理建立了立管振動(dòng)方程，并用Matteoluca尾流振子模型來模擬流體對(duì)立管的渦激振動(dòng)作用力，求解立管渦激振動(dòng)響應(yīng)，編制Matlab計(jì)算程序，并將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行