【摘要】：海洋立管作為深水油氣資源開采中關(guān)鍵且薄弱的構(gòu)件,在開采系統(tǒng)中通常以管群形式存在。相鄰管體之間的相互影響、干擾會對其后的尾流旋渦脫落形態(tài)及結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)產(chǎn)生很大影響,尤其對于鋼懸鏈線立管,其近觸底區(qū)因傾斜角度變化大,尾流相互干擾及渦激振動機制更加復(fù)雜,更易導(dǎo)致立管發(fā)生疲勞破壞。然而目前基于豎直多管體的尾渦特性研究因忽略軸向流影響,并不能直接應(yīng)用到傾斜多管體中,亟需開展傾斜管流場尾渦特性研究。本文基于物理模型試驗和數(shù)值模擬,開展了不同傾斜角度及雷諾數(shù)條件下傾斜單柱、傾斜并列多柱繞流流場尾渦特性的試驗及數(shù)值研究,主要研究工作如下:1.采用粒子圖像測速技術(shù)(PIV)開展了小間距比下不同傾斜角度的并列雙柱與并列三柱繞流流場的可視化研究,得到了瞬時渦量等值線、瞬時及時均流線拓撲及時均流線拓撲,分析了間隙流瞬時偏轉(zhuǎn)角度頻率分布直方圖的概率擬合,探討了傾斜角度對間隙流形態(tài)、尾渦渦量和間隙流偏轉(zhuǎn)角度的影響,闡述了傾斜并列圓柱間隙流發(fā)生交替偏轉(zhuǎn)機理。研究發(fā)現(xiàn),隨著傾斜角度的增大,并列雙柱繞流流場僅存在兩種間隙流形態(tài),而并列三柱繞流流場共存在五種間隙流形態(tài)。各傾斜角度下的間隙流瞬時偏轉(zhuǎn)角度的頻率分布直方圖均大致符合正態(tài)分布。2.采用計算流體力學(xué)開源軟件OpenFOAM對不同雷諾數(shù)順流向與逆流向傾斜單圓柱繞流進行了三維數(shù)值模擬研究,獲得了瞬時三維尾渦結(jié)構(gòu)、瞬時及時均流線、旋渦脫落頻率與圓柱受力特征,驗證了不同雷諾數(shù)下獨立性原則的適用性,揭示了傾斜圓柱流場特性及圓柱受力特征隨雷諾數(shù)與傾斜角度的變化規(guī)律。此外,本文開展了小間距比下不同傾斜角度的并列雙柱繞流的三維數(shù)值模擬研究,探討了傾斜角度對并列圓柱間隙流形態(tài)及圓柱受力特征的影響,闡明了獨立性原則對傾斜并列雙柱繞流的適用性。
【圖文】：

對其后的尾流旋渦脫落形態(tài)及結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)產(chǎn)生很大影響。在多種形式的立管逡逑中，鋼懸鏈線立管因其結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟可靠及對上部平臺運動更好的適應(yīng)性而越逡逑來越多的被應(yīng)用于深水油氣資源開發(fā)中鋼懸鏈線立管近觸底區(qū)（如圖１．２（ｂ）逡逑所示）由于傾斜角度變化大，在流體繞流傾斜立管的過程中，尾渦相互干擾及渦逡逑１逡逑

流體流經(jīng)傾斜圓柱時，會在圓柱背側(cè)形成具有較大速度的軸向流動某種意義上會抑制剪切層分離，擾亂流場旋渦脫落，因此傾斜圓柱落形態(tài)及受力特性與豎直圓柱相比存在明顯差異１５１。當(dāng)圓柱傾斜角向流較強，則圓柱下游端附近區(qū)域的卡門渦街會受到嚴重的干擾，。當(dāng)傾斜并列多柱體之間間距較小時，在軸向流的作用下間隙流的得更為復(fù)雜，進而極大地影響并列柱體的受力特性。為預(yù)測傾斜圓與旋渦脫落特性，Ｈｏｅｍｅｒｎ提出了獨立性原則，該原則認為，若傾力系數(shù)及旋渦脫落頻率經(jīng)過速度沿柱體的法向分量進行換算，則結(jié)較為接近。據(jù)研究表明，對單圓柱繞流而言，當(dāng)柱體傾斜程度較�。插义�
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P756.2

【參考文獻】

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本文編號：2657608