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海洋立管涡激振动主动控制效果评价

张爱婧  
【摘要】:涡激振动抑制方法主要分为主动控制方法和被动控制方法,主动控制的方法是通过对系统主动输入能量,从而干扰旋涡脱落来达到抑制涡激振动的目的。与被动控制方法相比,主动控制方法的优势是更加智能并能够根据实际洋流工况进行适时调节。本文主要运用CFD二维及三维数值模拟的方法研究主动旋转控制杆对涡激振动的影响。在进行数值模拟方法验证后通过改变附属圆柱控制杆与主圆柱之间的间隙比(g/D=0.15、0.3、0.45、0.6)、夹角(α=30°、60°、90°、120°、150°)、直径比(dd/D=0.06、0.12、0.24、0.48)、附属圆柱的旋转方向即向外反向旋转(OC)、向内反向旋转(IC)、向上同相旋转(UC)、向下同相旋转(DC)来进行模拟,最终从振幅响应、升阻力系数、旋涡脱落、尾流流线等方面综合评价附属旋转控制杆对涡激振动的主动控制效果。(1)研究表明,在低雷诺数Re=200时改变不同间隙比(g/D=0.03D、0.06D、0.15D、0.3D)的情况下,Ur5时,附属圆柱对主圆柱有抑制作用,且g/D=0.15时抑制效果最佳;Ur5时,不同间隙比下主圆柱均出现“驰振”现象,且g/D=0.15时,随着约化速度的增加振幅增强最为明显;在研究变间隙比的过程中旋涡脱落模式捕捉到了“2P0”模式。(2)在背流面安装αα=90°、120°、150°附属圆柱后,立管振动受抑制,且α=120°、150°时抑制效果最好。在迎流面安装α=30°、60°附属圆柱后,立管振动增强,且当Ur=12时,振幅增大百分数大于800%,且从动量图中可以明显观察到立管周围有大量动量注入。(3)在α=90°,dd/D=0.06、0.12、0.24时安装附属圆柱后,立管振动受抑制,d/D=0.12时,且随着约化速度的增加波动很小,振动幅度趋于0,整体振幅区间为0到0.1,抑制效果很好。d/D=0.48时,立管振动随着约化速度的增加先抑制后增强,临界约化速度为8。(4)在向外反向旋转(OC)、向内反向旋转(1C)、向上同相旋转(UC)、向下同相旋转(DC)四种不同旋转模式下主圆柱振动均受抑制,且当Ur6时,UC旋转模式下抑制效果最好;当U6时,IC旋转模式抑制效果最为明显。


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