《柔性圓柱群的流動干涉和渦激振動研究》是依託大連理工大學,由吳浩擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：柔性圓柱群的流動干涉和渦激振動研究
- 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：吳浩
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深海油氣開發工程中柔性立管常以管群形式出現，由於流動干涉作用，多根立管的渦激振動回響特性與單根立管大不相同，而目前對該問題的研究工作非常缺乏。本項目將通過實驗和數值模擬相結合的方法研究柔性圓柱群的流動干涉和渦激振動，包括：（1）開展物模實驗，利用三維非接觸測量技術，在均勻流和不同空間布置形式下，測量得到結構振動回響和流體三維速度場實驗結果；（2）建立三維流固耦合數值模型，開展數值模擬將流場條件擴展到剪下流和更高雷諾數範圍，考慮圓柱體物理特性的變化以及更複雜的布置形式，獲得包括壓力場等更豐富的數值計算結果。（3）通過綜合分析實驗和數值結果，研究流場條件、布置形式和結構物理特性與結構動力回響和水動力特性的依賴關係，揭示流動干涉作用下柔性圓柱群渦激振動的基本物理機理。本項目的實施將為實際工程深海立管群的疲勞預報分析提供實驗資料和理論依據，為廣泛的流固耦合問題提供有力的三維數值分析工具。
結題摘要
深海油氣開發工程中柔性立管常以管群形式出現，由於流動干涉作用，多根立管的渦激振動回響特性與單根立管大不相同，而目前對該問題的研究工作非常缺乏。本項目通過實驗和數值模擬相結合的方法研究了柔性圓柱群的流動干涉和渦激振動，包括：（1）開展物模實驗，利用三維運動捕捉技術，在均勻流和不同空間布置形式下，激勵和準確測量了柔性圓柱群的多模態振動回響。系統地分析了柔性圓柱位移振幅和振動頻率隨約化速度的變化規律、橫流向和順流向振動的相位關係以及張力的影響作用，研究了柔性圓柱體的渦激振動回響特性。（2）建立了適用於求解湍流態高雷諾數問題的準三維和完全三維流固耦合數值模型，開展數值模擬研究了串列雙柔性圓柱和主圓柱周圍布置多根附屬小圓柱的柔性圓柱群，獲得了流體力、渦量場等數值計算結果。研究了各柔性圓柱的升阻力幅值和振盪特性隨相關無量綱參數的變化規律，考察了流動干涉作用對流體力的影響。分析了流體力-結構運動的相位差和流體-結構的能量傳遞關係，深入了解繞流場的流動模式和渦脫落形態，探討了流動干涉和結構振動的耦合作用機制。（3）通過綜合分析實驗和數值結果，研究流場條件、布置形式和結構物理特性與結構動力回響和水動力特性的依賴關係，分析了回響特性以及柱間振動的相互影響機制，探討了流動干涉作用下柔性圓柱群渦激振動的物理機理。本項目的實施為實際工程柔性立管群的回響分析、疲勞預報和布局最佳化提供了實驗資料和理論依據，為柔性圓柱渦激振動問題以及更加廣泛的流體-結構耦合作用問題提供了強有力的數值分析工具。
