《在高雷諾數下大尺度圓柱的渦激運動及其自鎖機理研究》是依託大連理工大學,由孫雷擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：在高雷諾數下大尺度圓柱的渦激運動及其自鎖機理研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫雷
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
渦激運動(VIM)是指Spar平台的柱形主體在強流作用下引起周期性的漩渦脫落，從而產生大幅水平運動的現象，是渦激振動(VIV)的一個特例，其雷諾數更高，回響幅值更大，周期更長。Spar平台的渦激運動會增加立管和錨泊系統的載荷和運動加劇其疲勞損傷。本項目以Spar平台水下浮筒部分的大尺度圓柱的渦激運動為研究對象，以數值模擬為主要手段，考慮物面非線性和流固耦合作用，分析高雷諾數來流時大尺度圓柱渦激運動中圓柱的受力、運動回響及尾流形式的演變規律，揭示渦激運動及其自鎖現象的形成機理。開展表面粗糙圓柱渦激運動的數值模擬和模型試驗，考慮表面粗糙度對邊界層流態、漩渦脫落點位置和尾流形式的影響，分析不同表面粗糙度對渦激運動的改變程度。本研究對低雷諾數的大比尺渦激運動模型試驗研究有重要的理論價值，增加了我們對Spar平台渦激運動和自鎖機理的認識，並為深海Spar平台的套用提供參考和理論依據。
結題摘要
渦激運動(VIM)是指Spar平台的柱形主體在強流作用下引起周期性的漩渦脫落，從而產生大幅水平運動的現象，是渦激振動(VIV)的一個特例，其雷諾數更高，回響幅值更大，周期更長。Spar平台的渦激運動會增加立管和錨泊系統的載荷，並加劇其疲勞損傷。本項目以Spar平台水下浮筒部分的大尺度圓柱的渦激運動為研究內容，以數值模擬為主要手段，考慮物面非線性和流固耦合作用，分析高雷諾數來流時大尺度圓柱渦激運動中圓柱所受荷載、運動回響及尾流形式的演變規律，揭示渦激運動及其自鎖現象的形成機理。在本項目的研究過程中，建立了可以考慮二自由度渦激運動的數值模型以及近壁面和自由水面二維彈性支撐的結構渦激運動的時域模型，研究了考慮自由表面對大尺度結構流場作用的算法，並採用虛擬激勵法計算了Spar平台附屬立管渦激損傷，同時改進了現有離散渦法對渦元在物面上的處理方法，採用實驗方法測定我國附近海域海底粒徑級配不同的土壤的摩擦係數，提出了一種改進的基於流函式-渦量方程的離散渦方法，套用改進的離散渦方法對低質量比的海洋平台進行了二維數值模擬。本研究對低雷諾數的大比尺渦激運動模型試驗研究有重要的理論價值，加深了對Spar平台渦激運動和自鎖機理的認識，並為深海Spar平台的套用提供參考和理論依據。
