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剪切流中螺旋侧板抑制柔性立管涡激振动的数值模拟
  • ISSN号:1673-4807
  • 期刊名称:《江苏科技大学学报:自然科学版》
  • 时间:0
  • 分类:U661.3[交通运输工程—船舶及航道工程;交通运输工程—船舶与海洋工程]
  • 作者机构:江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51179077); 江苏高校优势学科建设工程基金资助项目
中文摘要:

处于波浪和洋流中的立管两侧不断产生周期性的涡旋脱落,其诱发的涡激振动已经成为引起结构疲劳损伤的主要因素.随着深海工程的迅速发展,深海环境的复杂性及柔性立管的大变形使涡激振动及其抑制方法的研究尤为重要.文中基于Ansys Workbench平台,首先对均匀来流下的刚性光滑立管及附加不同几何参数螺旋侧板立管进行了系列运算,通过水动力系数对比分析发现P17.5D/H 0.25D的螺旋侧板涡激振动抑制效果最好;然后采用双向流固耦合技术对剪切来流下长径比为482的光滑柔性立管及附加螺旋侧板参数为P17.5D/H 0.25D的柔性立管进行了三维直接数值模拟,通过水动力特性及结构动力学特性两个方面进行研究.结果表明:光滑柔性立管在剪切来流下出现了多阶振动模态,其尾流场漩涡脱落呈现多种涡结构模式,尾涡动力特性在不同截面的变化体现出明显的三维特征.附加螺旋侧板后加大了顺流向的阻力,但立管振动幅值有所减小;立管横流向的振幅最大值由0.85D降至0.14D,横向振动抑制效率高达83.5%.

英文摘要:

Risers in waves and currents suffer from a constant periodic vortex shedding on either side. Vortex-induced vibration( VIV) is a major factor that causes the structural fatigue damage. With the rapid development of the deep sea engineering,the complexity of the deep sea environment and the large deformation of the flexible riser make the study of vortex induced vibration and its suppression method more important. In this paper,based on Ansys Workbench platform,we conduct a series of calculations on smooth rigid risers and risers with helical strakes for different geometry parameters under uniform flow. By the compare and analysis of hydrodynamic coefficient of vortex induced vibration,it is found that the helical strake of P17. 5D / H0. 25 D is the best for the suppression of VIV. Then through two-way fluid solid coupling,we make three-dimensional numerical simulation on smooth flexible risers and risers with helical strakes of P17. 5D / H0. 25 D under shear flow,the ratio of length to diameter of the risers being 482. Their hydrodynamic characteristics and structural dynamics characteristics are also studied. Our results show that smooth flexible riser exhibits various vibration modes under shear flow,the wake vortex shedding presents a variety of vortex structures,and the dynamic characteristics of vortex shows obvious three-dimensional feature change in different sections. Helical strakes increase the longitudinal resistance,but in-line( IL) vibration amplitude decreases; the riser's maximum amplitude in cross flow( CF) direction falls from 0. 85 D to 0. 14 D. Transverse vibration suppression efficiency is up to 83. 5%.

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期刊信息
  • 《江苏科技大学学报:自然科学版》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:江苏教育厅
  • 主办单位:江苏科技大学
  • 主编:许俊华
  • 地址:江苏省镇江市梦溪路2号
  • 邮编:212003
  • 邮箱:xbjust@vip.sohu.com
  • 电话:0511-84401109
  • 国际标准刊号:ISSN:1673-4807
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1765/N
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  • 获奖情况:
  • 2004年获全国高校优秀科技期刊二等奖,省期刊优秀...
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),德国数学文摘,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2014版)
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