立管群繞流與尾流致振的旋渦脫落機理研究

《立管群繞流與尾流致振的旋渦脫落機理研究》是依託浙江大學，由高洋洋擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：立管群繞流與尾流致振的旋渦脫落機理研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：高洋洋
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

多管體繞流與尾流致振作為海洋立管群系統疲勞破壞的主要誘因，在深海油氣開採中日益受到關注。本項目擬通過物理模型試驗與數值模擬相結合的方法開展多管體系統繞流與尾流致振過程中旋渦脫落的機理研究，研究內容包括：利用粒子圖像測速技術採集多管體系統繞流與尾流致振過程中的流場信息，同時運用計算流體力學方法建立數學模型獲取流場特徵及結構動力回響。在不同管體間距、來流方向和雷諾數條件下，分析多管體繞流和尾流致振過程中的瞬時及時均速度矢量、流線拓撲、渦量等值線及雷諾應力等值線；探討多管體尾流旋渦脫落形態、結構動力回響隨管體間距、來流方向和雷諾數的變化規律；確定不同旋渦脫落形態發生的臨界間距；從可視化角度闡明多管體間隙流交替偏斜現象發生的瞬時速度、頻率及其與雷諾數之間的關係；揭示雙穩態流現象的產生機制。研究成果可為深水油氣開採中立管群系統的設計、防護及最佳化布局提供技術依據，具有重要的科學意義和套用價值。

結題摘要

多管體系統作為深海油氣開採中海洋立管及錨系系統普遍採用的一種結構型式，極易在波、浪、流及海上浮式生產儲油船FPSO 受迫牽連振動共同作用下發生相互碰撞或誘發尾流致振導致破壞，在深海油氣開採中備受關注。本項目主要採用粒子圖像測速（PIV）技術和計算流體力學（CFD）方法開展了一系列立管群繞流與尾流致振流場的物理模型試驗及數值研究，獲得了不同工況下的多管體繞流流場信息，揭示了多柱體系統尾流旋渦脫落形態、旋渦脫落頻率隨布置方式、間距比及雷諾數變化的規律；開展了懸掛柱體渦激振動和旋轉柱體受迫振動的可視化試驗研究，揭示了懸掛柱體結構動力回響及尾流結構形態如運動軌跡、振動幅度、瞬時旋渦脫落形態、柱體的振動頻率等隨流速變化的規律，探討了不同頻率比條件下旋轉柱體受迫振動流場旋渦脫落形態；同時建立了雙柱體、方形布置四柱體繞流及尾流致振流場的數學模型，研究了多柱體系統尾流致振發生時結構動力回響特性，探討了柱體間尾流致振動的作用機理。本課題的研究對於深入研究柱體繞流與渦激振動特性，具有一定的理論意義，並可為海洋立管管群的設計及防護等問題的研究奠定理論和技術基礎。 發表標註本基金的資助論文13篇，其中SCI收錄論文6篇，參加國際學術交流2人次，國內學術交流13人次，獲得浙江省科學技術進步獎三等獎1項，出版專著1本。2017年畢業碩士生1名，1名碩士生即將在2018年3月畢業。