立管渦激振動問題的多尺度數值分析方法研究

《立管渦激振動問題的多尺度數值分析方法研究》是依託上海交通大學，由萬德成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：立管渦激振動問題的多尺度數值分析方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：萬德成
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

本項目針對立管渦激振動問題幾何多尺度，流動多尺度，結構回響多模態的特徵，把擬小波方法與格線嵌套技術和分塊並行技術結合，構建多尺度格線嵌套有限元方法，處理立管幾何多尺度問題；利用多重格線虛擬邊界法，ALE方法和移動格線技術，把流體和立管控制方程歸一化，形成統一方程，以流體速度、壓力和立管的變形位移為變數，實現立管柔性變形與流場流動的整體求解，處理流固耦合和結構回響多模態問題；利用多尺度大渦模擬方法考慮渦流場多個不同尺度上多個不同的物理量過程的耦合作用，處理流動多尺度問題。在此基礎上，形成立管渦激振動問題的多尺度數值分析方法，並套用於細長立管渦激振動問題的數值模擬計算，探討和分析立管渦激振動多尺度非線性相互作用和跨尺度關聯下的三維渦流場和多模態結構回響的特性。開展本項目研究，不僅可以為深海油氣資源開發提供有力的技術支持，而且對豐富渦激振動機理認識和發展流固耦合問題新的數值計算方法都有重要意義。

結題摘要

本項目針對立管渦激振動多尺度問題，通過利用ALE方法、移動格線技術結合，並與格線嵌套技術和分塊並行技術結合，套用多尺度大渦模擬方法，計算分析立管湍流渦流動和渦激振動問題。基於OpenFOAM平台，實現格線嵌套技術與多尺度大渦模擬方法的匹配結合，數值模擬細長柔性圓柱立管受迫振動或自激振動的渦流場，分析立管渦激振動的水動力特性。本項目在格線重疊技術開發、立管數值水池、水動力學複雜粘性流場求解器、多尺度大渦模擬方法和套用等方面做了探索，實現了立管渦激振動問題的數值模擬，在立管渦激振動多尺度研究方面取得了進展，但總得來說還沒有完全解決細長立管渦激振動多尺度問題，目前只能針對具體問題開展具體數值模型設計和計算研究分析，今後我們還將繼續開展這方面的研究探索。值得高興地是，在本項目支持下，我們拓展增加了基於OpenFOAM平台的波浪-流-結構物相互作用的求解器和數值水池求解器的開發研究工作，很好帶動了海洋工程數值水池的研究，包括立管渦激振動問題的研究。在本項目資助下，發表了79篇論文，其中國外核心雜誌2篇，國核心心雜誌18篇，SCI收錄4篇，EI收錄18篇，ISTP收錄11篇，國際會議論文20篇，國內會議論文12篇。獲得三項軟體著作權證書。指導了3名博士生和8名碩士生開展流固耦合和粘性計算流體力學的論文研究工作。