浮力筒自由渦激運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)研究.pdf

1、在海洋工程領(lǐng)域，對立管和海底管道等圓柱狀結(jié)構(gòu)的渦激振動(dòng)現(xiàn)象及機(jī)理的研究正日趨完善，但對近年來才剛發(fā)現(xiàn)的Spar、TLP和浮力筒等結(jié)構(gòu)的渦激運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象研究還較少。渦激運(yùn)動(dòng)會(huì)增加和平臺(tái)相連的錨鏈和立管的疲勞破壞，縮短后者的總體疲勞壽命。正確認(rèn)識(shí)和描述渦激運(yùn)動(dòng)特性，對于海洋結(jié)構(gòu)物及其錨泊系統(tǒng)和立管的設(shè)計(jì)來講非常重要，對保證海洋結(jié)構(gòu)物服役期間的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。
　　本文開展了浮力筒自由渦激運(yùn)動(dòng)模型試驗(yàn)研究，制作了三個(gè)不同尺寸的

2、浮力筒模型，在拖曳水池進(jìn)行模型拖曳試驗(yàn)測量不同來流速度下浮力筒的六自由度運(yùn)動(dòng)。主要對浮力筒順流向運(yùn)動(dòng)、橫向運(yùn)動(dòng)和艏搖運(yùn)動(dòng)的時(shí)間-位移曲線、運(yùn)動(dòng)軌跡、頻率、幅值等進(jìn)行了分析。
　　首先，對順流向和橫向渦激運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)約化速度較小時(shí)浮力筒主要發(fā)生順流向運(yùn)動(dòng)而橫向運(yùn)動(dòng)較小且不規(guī)則，此時(shí)X-Y運(yùn)動(dòng)軌跡也顯得較為雜亂。當(dāng)約化速度較大時(shí)，順流向和橫流向運(yùn)動(dòng)時(shí)間-位移曲線都較為規(guī)則，浮力筒運(yùn)動(dòng)軌跡呈現(xiàn)明顯的“8”字形。發(fā)現(xiàn)浮力

3、筒運(yùn)動(dòng)頻率既不等于其運(yùn)動(dòng)固有頻率，也不等于靜止圓柱繞流漩渦脫落頻率，且隨約化速度增大幾乎成線性增大，但也出現(xiàn)了連續(xù)幾個(gè)約化速度下運(yùn)動(dòng)頻率相等的情況。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)順流向運(yùn)動(dòng)頻率為橫流向運(yùn)動(dòng)頻率的2倍，有些工況下還出現(xiàn)了等于單倍橫流向運(yùn)動(dòng)頻率和一些低頻分量。當(dāng)約化速度較低時(shí)，橫流向運(yùn)動(dòng)時(shí)間-位移曲線較為雜亂，運(yùn)動(dòng)頻率也出現(xiàn)了多個(gè)頻率分量，當(dāng)約化速度較大時(shí)橫流向運(yùn)動(dòng)時(shí)間-位移曲線規(guī)則穩(wěn)定，運(yùn)動(dòng)頻率單一。分析了不同直徑浮力筒無量綱運(yùn)動(dòng)均方根幅值隨

4、約化速度的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)小直徑浮力筒運(yùn)動(dòng)幅值隨在整個(gè)試驗(yàn)約化速度范圍內(nèi)保持在較高水平。中直徑浮力筒順流向運(yùn)動(dòng)幅值先隨約化速度迅速增大，而后保持在較高水平，橫流向運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)了“雙峰”現(xiàn)象，且兩個(gè)峰值大小幾乎相當(dāng)，當(dāng)約化速度大于10以后橫流向運(yùn)動(dòng)幅值保持不變。通過大直徑浮力筒試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)約會(huì)速度小于3時(shí)主要發(fā)生順流向運(yùn)動(dòng)，橫流向運(yùn)動(dòng)幅值很小。當(dāng)約會(huì)速度約等于3時(shí)順流向運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)峰值，當(dāng)約會(huì)速度繼續(xù)增大，橫流向運(yùn)動(dòng)幅值迅速增大到某一值并保持

5、穩(wěn)定，而順流向運(yùn)動(dòng)幅值則出現(xiàn)先減小再迅速增大的過程。
　　其次，對浮力筒艏搖運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)流速較小時(shí)艏搖運(yùn)動(dòng)頻率是單一的，當(dāng)流速增大后艏搖運(yùn)動(dòng)開始出現(xiàn)兩個(gè)頻率，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)頻率均隨約會(huì)速度增大而增大，也出現(xiàn)了幾個(gè)不同約化速度下艏搖運(yùn)動(dòng)頻率相等的情況。把艏搖運(yùn)動(dòng)頻率和順流向及橫流向運(yùn)動(dòng)頻率作對比，我們發(fā)現(xiàn)三者之間有著密切的關(guān)系。還對三個(gè)不同直徑浮力筒艏搖運(yùn)動(dòng)幅值隨約化速度變化規(guī)律進(jìn)行了研究分析。
　　最后，對浮力筒渦