海洋平台风荷载物模试验的雷诺数效应研究

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1、第28卷第6期中国海洋平台Vo1．28No．62013年l2月CHINA()FFSH()REPLATF()RMDee．．2O13文章编号：1001—4500(2013)06—0045—06海洋平台风荷载物模试验的雷诺数效应研究柳淑学，杨帅，李金宣，李鹏飞(大连理工大学，大连116024)摘要：根据弗洛德准则设计1：1、1：10、1：2O⋯1：i00共1i种不同比尺的平台模型，确定相应的风速，利用Fluent模拟计算不同比尺下作用于平台模型上的风荷载。得到不同雷诺数条件下的试验结果，获得弗洛德准则设计平台结构模型试验的

2、雷诺数效应。结果表明，海洋平台风荷载模型试验的雷诺数效应随模型比尺的增大而变小，模型比尺较小时，模型试验所得风荷载比实际风荷栽大。关键词：风荷载；模型试验；雷诺数效应中图分类号：P75文献标识码：ATheStudyontheInfluenceofReynoldsNumberontheWindLoadinModelTestsofOffshorePlatformsLIUShu—xue，YANGShuai，LIJin—xuan，LIPeng—fei(DalianUniversityofTechnology，Dalianl1

3、6024，China)Abstraet：BasedonFroudesimulaterule，the11differentscaleplatformsaredesignedandthematchingspeedcanbeacquired．TheFluentsoftwareisusedtocalculatethewindloadsonthesemodels．andthentheReynoldsnumbereffectonthewindloadinmodeltestsofoffshoreplatformcanbeobtai

4、ned．TheresultsshowthattheReynoldsnumbereffectincreaseswiththescalereduction．Thewindloadbyasmallerscalemodeltestislargerthantheproto—typewindload．Keywords：windload；modeltest；reynoldsnumbereffect0前言海洋平台在油气资源开发过程中面临着严酷的海洋环境，其中风荷载是一个不可忽视的因素。近些年，台风(飓风)对海洋平台造成了严重的破坏Ⅲ

5、，人们也在不断地对海洋平台的动力性能及风荷载进行研究，其中物理模型试验是研究海洋平台风荷载的重要手段，而数值模拟随着计算机软硬件水平的发展也日益成为研究风荷载的强有力工具。在海洋工程风荷载物理模型试验中，风可以看作是粘性不可压缩流体。对于几何相似的粘性不可压缩流体物理模型试验，根据试验流体力学的相似原理口]，必须保证模型与原型的流动相似，则需要满足重力相似和粘滞力相似，分别对应Froude数和Reynold数相等。按照几何比尺设计模型，则重力相似要求速度比尺与几何比尺的关系为一}。，而粘滞力相似要求一，其中为流体运动

6、粘性系数比尺，然收稿日期：2013一O1—14；修改稿收到日期：2013—04—08。基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(973计划：2011CB013703)；国家自然科学基金创新研究群体项目(5l221971)。作者简介柳淑学(1965一)，男，研究员。·46·中国海洋平台第28卷第6期而模型与原型中风的粘性系数是一样的，即一1两者不可能同时满足。通常在模型试验中采用弗洛德相似准则设计模型试验，模型与原型中的雷诺数不相等，即存在雷诺数效应问题。研究人员通常认为海洋平台上部钝体结构的雷诺数效应可以忽略，然而

7、越来越多的实践证明，钝体结构流场中的确存在着雷诺数效应。Schewe和Larsen[3在压力风洞中测量了大海带桥引桥断面的三分力系数，发现雷诺数Re一7×10的阻力系数比雷诺数Re一3×10。的阻力系数大14；Barre和Barnaud_4]测量Normandi桥断面的三个模型(比尺分别为1：10、1：5O、1：200)三分力时发现，三分力系数曲线不重合，既归结为雷诺数效应；Hoxey等人l_5通过对低矮建筑物进行了一系列实际测量和风洞模拟试验后得到了在钝体分离流场中存在着雷诺数效应的结论；Boonstra和Leyn

8、se]对1：100的一艘半潜式平台试验结果分析发现，雷诺数效应引起的试验平台表面风荷载与现场实测结果差别达到了32。因此，雷诺数效应在风荷载的模型试验中是不可以忽略的。但是针对同一平台结构进行风荷载模型试验，欲得到不同比尺情况下的风荷载试验结果，受试验条件限制，较难实现。为了研究海洋平台风荷载模型试验的雷诺数效应，针对半潜式平台和SPAR平台，