狗骨头绕流装置对导管架涡激振动抑制的数值模拟研究.pdf

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1、第28卷第5期中国海洋平台V01．28No．52013年10月CHINAOFFSHOREPLATFORMOct．，2013文章编号：1001—4500(2013)05—0029—05狗骨头绕流装置对导管架涡激振动抑制的数值模拟研究李林1，吴航1’娄敏2(1．海洋石油工程(青岛)有限公司，青岛266520；2．中国石油大学(华东)，青岛266555)摘要：按照流体力学基本理论，将狗骨头型抑振装置引进到导管架的涡激振动上来，并采用FLUENT和ANSYS数值模拟软件相结合的方法对该装置的抑制效果进行检验。数值模拟检验结果

2、表明：该抑振装置不仅有效降低了横向涡激振动响应，而且也抑制了纵向激励。关键词：涡激振动；绕流装置；导管架中图分类号：P75文献标识码：ANumericalSimulationResearchofDog—neShapingStreamingDeviceRestrainingVortex—inducedVibrationofJacketLILinl，WUHan91．LOUMin2(1．OffshoreOilEngineering(Qingdao)Co．，Ltd，Qingdao266520，China；2．ChinaUni

3、versityofPetroleuminEastChina，Qingdao266555，China)Abstract：Basedonfluidmechanicsfundamentaltheory，introducesDog—BoneShapingStreamingDeviceintorestrainingvortex—inducedvibrationofJacket．Andverifytherestrai—ningefficencyofthisdevicewiththemethodofcombiningtWOnume

4、ricalsimulationofFLU—ENTandANSYS．Thetestresultsofnumeriealsimulationindicatethat：thisrestrainingde—vicenotonlyeffectivelyreducesdiatropicvortex—inducedvibrationresponsebutalsorestrainslongitudinalexcitation．Keywords：vortex—inducedvibration；streamingdevice；jacke

5、t0引言深水导管架平台为了承载上部组块的重量及自重，导管架尺寸相对较大。当风流经大直径导管架时，常伴随着周期性的漩涡脱落，漩涡脱落会使得导管架在与来流相垂直的方向产生周期性的涡激振动。这不仅会降低建造质量和精度，还会引起导管架的疲劳破坏。所以，有必要设计一种涡激振动抑制装置，对建造过程中导管架的涡激振动进行有效地控制。基于流体力学基本理论，把抑振装置设计成由两个大小不同的圆球组成，中间是用平滑的抛物线线旋转体链接的狗骨头形状，将狗骨头型抑振装置引进到导管架的涡激振动上来，并考虑流固耦合作用，在三维空间内对其展开数值模

6、拟研究，并对该抑制装置的抑振效果进行计算分析。数值模拟方法1．1流场控制方程收稿日期：2013—02—15作者简介：李林(1983一)，男，工程师。·30·中国海洋平台第28卷第5期流体流动基本的守恒方程包括质量守恒方程，动量守恒方程。质量守恒方程：髦+鸳掣：0，i一1，2，3(1)dfd．T．i动量守恒方程：掣+呱a--e--(pu,ui)一老(卢差)一磊aP+s；(2)式中：U；、“，和z；、z，分别为流体的速度分量和坐标分量；P为流体压力；fD为流体密度；73为流体动力粘性系数；P—p为流体运动粘性系数；Si为

7、广义源项。1．2固体场控制方程对海洋立管的动力响应采用基于三维实体单元的有限元方法进行模拟。对运动方程进行有限元离散后可得到有限元方程：胳+KS+CS—F(￡)(3)式中：S、S、S分别为单元节点处位移、速度和加速度矢量；F(￡)为单元节点处外载荷矢量；M、C和K分别为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵。1．3流固耦合模拟的实现在Fluent流体力学软件中建立风场模型，并根据实际条件设置风场的边界条件，划分网格；在ANSYS有限元软件中建立导管架模型，划分网格，并根据实际工程中的约束情况定义导管架的边界条件；将Fluent

8、流体力学软件中得到升力导人到ANSYS有限元软件中，进行瞬态动力计算，获得风流经导管架时导管架涡激振动响应。2程序验证取光滑无绕流装置的导管架进行涡激振动数值模拟，并将数值模拟结果与经验公式进行对比。本文所采用的导管架及流场参数如图1所示，导管架以及流场模型参数如表1。2．1数值建模表1导管架和流场模型参数参量数值导营架长度(m)导管架外径(m