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悬跨海底管道绕流三维特性的大涡数值模拟研究

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【作者】 许明陈学东王冰关卫和范志超董杰

【Author】 XU Ming;CHEN Xue-dong;WANG Bing;GUAN Wei-he;FAN Zhi-chao;DONG Jie;National Engineering Technical Research Center on PVP Safety,Anhui Provincial Laboratory for Safety Technology of Pressure Vessels and Pipelines,Hefei General Machinery Research Institute Co.,Ltd.;

【机构】 合肥通用机械研究院有限公司国家压力容器与管道安全工程技术研究中心安徽压力容器与管道安全技术省级实验室

【摘要】 自由悬跨是海底管道安全的风险之一,涡激振动(VIV)引起的疲劳是自由悬跨海底管道的主要失效模式之一。悬跨高度是影响海底管道涡激振动频率和载荷大小的一个重要因素。采用大涡数值模拟方法(LES)研究了不同悬跨间隙比(G/D)海底管道绕流的流场特性,分析了悬跨的间隙比对海管绕流场剪切层相互作用、升阻力系数和旋涡脱落等的影响规律。结果表明:与湍流模型的雷诺平均方法(RANS)相比,大涡数值模拟方法能够得到更准确和详细的近壁面圆柱绕流结果。在G/D小于0.8以后升阻力系数有明显变化,升力系数的均方根值随着G/D的减小而减小。当G/D大于0.8,升力系数的均值和均方根值基本不变,此时悬跨高度对绕流不再有明显影响。因此,可将G/D等于0.8作为临界悬跨间隙比,大于临界悬跨高度时的疲劳分析可等同于孤立管道。当G/D小于0.3以后,由于旋涡发放被抑制,升力系数的均方根值基本保持在很小的值,因此疲劳失效的风险大幅降低。而在中间过渡阶段的间隙比情况下,可以参考获得的升力系数值做更为精确的疲劳分析。

【基金】 国家国际科技合作专项项目“全尺寸海底管道结构疲劳试验系统合作研制”(2015DFA71730);安徽省自然科学基金青年项目(1808085QE174);合肥通用机械研究院有限公司博士科技基金项目(2017010481)
【所属期刊栏目】 设计计算 (2018年05期)
  • 【分类号】TE973.92
  • 【被引频次】5
  • 【下载频次】146
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