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海洋环境下的输液管道流体激振研究

李德忠  
【摘要】: 本文在分析国内外输液管道振动研究的基础上,对海洋环境下的输液管道流体激振进行了研究。分析了海洋平台及水下输液管道的流体激振机理,建立了相应条件下的物理模型及数学模型,应用Matlab软件编制了计算程序,对海洋平台输液管道内流流场、管道所受流体激振力及水下输液管道绕流受力(横向升力及纵向阻力)分别进行了求解,并推得了两端固支条件下水下输液管道强迫振动方程的线性解。具体工作内容如下: ◆根据振动流体力学基本原理,应用参数多项式方法,对海洋平台输液管道内流流体激振进行研究。分析了海洋平台输液管道流体激振机理,建立了等横截面、变截面输液管道流动的物理模型及数学模型,求解了不同形状管道,不同来流条件下,微小激励情况下的输液管内流的流场。对所得计算结果进行了分析、研究,并将其与现有的间接实验结果进行了比较。 ◆应用振动流体力学中的局部线性化理论及傅立叶变换理论(傅立叶级数及离散傅立叶反变换),对海洋平台输液管道内流流体激振进行研究。求解了不同形状管道,不同来流条件下,非微小激励情况下的管内流的流场。对此种情况下的振动流体行为特性进行了分析、研究,并将其与现有的间接实验结果进行了比较。 ◆应用微元压力积分法对海洋平台输液管道内流体激振力进行了研究。推导出求解管内流体激振力的公式,根据此公式及第四章中的计算结果,求得了不同来流条件下,非微小激励情况下的变截面输液管的管内流体激振力。并对计算结果进行 海洋环境下的输液管道流体激振研究 了分析、研究。 ,应用网格生成技术及多重网格法,对水下输液管道流体 激振进行了研究。首先对水下输液管道绕流涡激振动的机理进 行了分析,然后,利用网格生成技术及多重网格法求得了输液 管道在不同来流条件(雷诺数)下的横向升力系数及纵向阻力 系数,最后对计算结果进行了分析,并将其与已有的间接实验 结果进行了对比。 令应用线性化理论对水下输液管道流体激振的动力响应进 行了研究。首先,在微小横振动假设前提下,利用第六章的计 算结果,用线性化方法推得了两端固支水下输液管道在稳态绕 流条件下的强迫振动方程的解。之后,根据此解,对来流雷诺 数的影响进行了分析,并给出了求解、分析共振频率及共振时 刻的方法。


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