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《中国海洋大学》 2011年
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多柱体系统静止绕流与涡激振动的试验及数值研究

高洋洋  
【摘要】:多柱(管)系统作为深海油气开采中普遍采用的一种结构形式,在海洋工程中得到了广泛的应用,由于其排列密集,极易在波、浪、流等联合作用下发生相互碰撞,造成破坏,对多柱(管)体系统的静止绕流及耦合共振现象的研究越来越受到海洋工程界的关注。由于技术需求和经济考虑,在海底管线铺设过程中往往采用直径不等的多柱(管)体系统,然而目前对于直径不等的多柱(管)体系统静止绕流与由此诱发的振动等诸多问题尚未得到深入地研究,针对该情况,本文采用物理模型试验与数值模拟相结合的方法开展了直径不等的多柱体系统的静止绕流及涡激振动现象的研究,本文研究工作可为海洋工程中直径不等的多柱体系统的优化设计提供试验依据。 通过粒子图像测速(PIV)技术开展了直径不等的多柱体在静止绕流及涡激振动情况下的时均、瞬时尾流特征的试验研究,获得了瞬时的速度矢量、涡量等值线及时均的速度矢量、流线拓扑、涡量等值线、无因次雷诺应力等值线等,探讨了间距比对直径不等的多柱体后的时均、瞬时尾流形态、旋涡脱落频率、涡激振动振幅等的影响,从可视化的角度揭示了直径不等的并列圆柱中出现的间隙流交替偏斜现象的产生机制。 通过计算流体力学(CFD)技术对直径不等的多柱体静止绕流及涡激振动现象进行了数值模拟研究。在直径不等的多柱体静止绕流的数值研究中,主要分析了直径不等的并列圆柱在大间距条件下瞬时流场中同相位与反相位旋涡交替脱落的演化过程,总结了该现象的产生原因;研究了直径不等的串列圆柱后的双稳态流现象。在串列下游小直径圆柱的涡激振动的数值研究中,主要分析了不同间距条件下的串列圆柱的升力系数、振幅的时程曲线及两柱后的瞬时尾流形态。 通过物理模型试验及数值模拟研究发现间距对直径不等的多柱体后的尾流特征有很大影响。直径不等的并列双柱在不同的间距下存在不同的尾流形态:偏态流形态及不同尺度的旋涡脱落形态。直径不等的串列圆柱在不同间距下的尾流形态可分为单一旋涡脱落、双稳态流及双旋涡脱落形态,其中双稳态流发生的间距范围与上、下游圆柱的直径比有关,其范围随着上、下游圆柱直径比的增大而减小。在串列下游小直径圆柱涡激振动研究中发现间距对上、下游圆柱的结构动力响应、尾流形态会产生一定影响。随着间距的增大,下游振动圆柱的振幅逐渐增大,上、下游圆柱后的旋涡脱落频率也逐渐增大。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P756.2

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 于定勇;刘洪超;王昌海;;不等直径串列双圆柱体绕流的数值模拟[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2012年Z2期
2 刘景伟;郭海燕;赵婧;;等直径串列双圆柱体绕流的数值模拟[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2013年12期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘洪超;不等直径串列双圆柱体绕流的数值研究[D];中国海洋大学;2012年
2 刘景伟;海洋立管绕流的数值模拟及涡激振动抑振试验[D];中国海洋大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 陈海明;深水立管束涡激振动分析和数值模拟[D];中国海洋大学;2010年
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10 喻恒;黄河模型河势宽度与表面流速图像测量方法的研究与应用[D];河南大学;2011年
【同被引文献】
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1 郝艳广;肖盛燮;周菊芳;范海军;;基于理想流的群围堰绕流解析理论[J];重庆交通学院学报;2007年03期
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10 刘松,符松;串列双圆柱绕流问题的数值模拟[J];计算力学学报;2000年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 陈正寿;柔性管涡激振动的模型实验及数值模拟研究[D];中国海洋大学;2009年
2 李朋;深水海洋输流立管涡激振动及干涉试验研究[D];中国海洋大学;2012年
【二级引证文献】
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1 刘景伟;郭海燕;赵婧;;等直径串列双圆柱体绕流的数值模拟[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2013年12期
【二级参考文献】
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2 张恩勇;海底管道分布式光纤传感技术的基础研究[D];浙江大学;2004年
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4 娄敏;海洋输流立管涡激振动试验研究及数值模拟[D];中国海洋大学;2007年
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1 傅钢;煤燃烧过程中多环芳烃类有机污染物排放特性的研究[D];浙江大学;2002年
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4 向杰 实习生:孙馨;在计算机上模拟大气和海洋运动[N];科技日报;2005年
5 上海交通大学 潘健生;材料热处理过程的数值模拟[N];科技日报;2002年
6 杨雄飞;炼钢与环境技术的研究方法[N];世界金属导报;2007年
7 本报记者 吴楠 通讯员 许家帅;数值模拟预测工程效果指导工程建设[N];中国交通报;2008年
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7 郭永红;超细粉再燃低NO_x燃烧技术的数值模拟与实验研究[D];华北电力大学(北京);2006年
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9 吴一红;管阵流体弹性不稳定性研究及流体诱发振动数值模拟[D];清华大学;1991年
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7 田巍;机翼三维绕流的非定常模拟研究[D];湖南大学;2012年
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10 鲍龙;隧道内高速列车外部绕流大涡模拟初探[D];兰州交通大学;2013年
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