《高雷諾數下柔性立管群渦激振動及其多頻鎖定研究》是依託清華大學，由龐建華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高雷諾數下柔性立管群渦激振動及其多頻鎖定研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：龐建華
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
渦激振動是指立管在來流作用下引起周期性的漩渦脫落，產生橫向和縱向運動的現象。柔性立管群渦激振動導致立管振動產生多頻鎖定現象，誘發個別立管出現大幅值振動。針對對這一現象，本項目利用申請人提出的瞬時渦量守恆渦方法（IVCBC）的優點，基於前期已積累的工作成果，以三千米水深柔性立管群的渦激振動為研究對象，建立管群渦激振動的拉格朗日數值預報模型；以非線性流固耦合數值模擬為主要手段，獲得立管群渦激振動誘發多頻鎖定的主要特徵，揭示個別立管大幅振動的原因和形成機制；構造立管群不同的空間組合，進行管群結構的數值最佳化研究，並通過典型工況下管群結構模型實驗，驗證最佳化後結構的力學性能；研究結果將增加我們對管群在高雷諾數下個別立管的多頻鎖定和大幅振動的認識，並為海洋工程中深海柔性立管的設計製造和安全套用提供參考和理論依據，最終開發出計算柔性立管群渦激振動特性精度較高的商業軟體。
結題摘要
基於瞬時渦量守恆方法，提出處理點渦進入雙圓柱的處理方案，提高了雙立管水動力的計算精度；基於有限體積方法和“索”模型，分析立管剛度矩陣的時變特性，提出了一種求解具有時變性的剛度矩陣的方法，建立了研究高雷諾數下多立管渦激振動特性的三維數值計算模型，通過與雙立管的試驗比對，驗證了該方法的準確性。 採用雙立管試驗的計算參數研究了相同來流作用下，間距比分別為2.0、2.25、2.5、2.75、3.0、3.25、3.5、3.75時，且前、後立管直徑比為0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、2.0、3.0、5.0時，立管的渦激振動特性。結果表明：在這個間距比區域，隨著直徑比的增加，後立管發生大幅值振動的間距比增加，振動的幅值增強，分析表明：產生這一現象的主要原因是兩立管之間出現了完整的渦對，後立管的水動特性發生突變，導致渦激力增強；在相同的間距比下，當直徑比大於1，前立管脫離的渦流強度增強，致後立管場區產生更大的升力，從而增加後立管的振動幅值, 出現大幅值振動和多頻效應。同時發現一個有趣的現象，在兩根立管振動過程中，一旦立管之間的間距比小於1.5時，兩立管將會迅速靠近。 研究了相同直徑的三根立管間距比分別為2.0、2.25、2.5、2.75、3.0、3.25、3.5、3.75時的立管渦激振動特性，研究表明：立管在間距比為3.75時，發生的振幅最大，其原因是：前兩根立管剪下層分離的渦流，導致後立管周圍速度差較大，產生更大的升力，從而導致立管發生大幅值偏移和振動。 目前這套多立管渦激振動的數值計算方法已經套用到工程設計中，並逐步商業化。為預測、診斷、分析和設計多立管渦激振動，提供了一種手段。大幅值振動區域的研究和立管前後不同直徑圓柱的數值計算，為立管的設計提供了必要的設計指導。
