串列异直径柔性立管干涉响应特性研究

论文摘要

海洋立管系统由多种不同特性的立管组成,共同分布于海洋平台下方,在平台运动、背景洋流等作用下将产生复杂的相互作用,甚至导致相互碰撞。然而当前对于这种相互作用的研究和认识存在不足,为了确保立管作业期间的安全性,在立管设计中均选择非常保守的间距,导致浮式平台空间的浪费。因此,针对多根立管间的相互干涉作用及其机理特性开展相关模型试验进行深入探究,可以为安全、经济、高效地设计、布置海洋平台深水立管系统提供理论及数据支撑,对工程应用有很大的帮助。基于以上需求,本文对不同外径双柔性立管串列布置形式下的干涉响应特性进行了试验研究,并对立管干涉尾流场理论进行了分析研究。首先本文对关于立管干涉的研究在国内外的发展现状进行了总结,对涡激振动(VIV)、遮蔽效应、尾流诱导振动(WIV)以及尾流场理论等立管干涉相关基础理论进行了总结介绍,并对串列双管流场特性进行了详细说明及总结。之后本文对大长径比柔性异管径立管模型的干涉试验进行了详细介绍,内容包括试验设计、装置、试验模型、试验数据处理方法及其可靠性;基于试验数据本文对串列布置形式不同间距下的双立管干涉响应结果进行了比较分析,具体分析的响应特性包括不同流场流速及端部张紧力条件下,各立管的横流向振幅、响应频率、横截面运动轨迹以及顺流向位移值。最后本文对尾流场模型理论进行详细的推导分析,并在此基础上对尾流场模型公式进行修正。运用matlab编写均匀流作用下串列双管顺流向位移响应数值模拟程序,带入相应的尾流场模型,计算不同工况条件下立管干涉静态响应,与模型试验结果进行比较,验证了修正后的尾流场模型的可靠性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 立管干涉研究现状
•     1.2.1 理论研究
•     1.2.2 数值模拟
•     1.2.3 模型试验
•   1.3 本文的研究意义及主要内容
• 第2章 立管干涉基础理论
•   2.1 涡激振动基本概念
•   2.2 涡激振动相关参数
•   2.3 孤立立管周围流场特性
•   2.4 串列双立管尾流场特性
•   2.5 本章小结
• 第3章 柔性立管干涉试验
•   3.1 试验场地及装置
•   3.2 立管模型基本参数
•   3.3 试验工况及立管布置形式
•   3.4 数据处理方法
•   3.5 本章小结
• 第4章 立管干涉试验数据分析
•   4.1 不同流场流速下响应特性分析
•     4.1.1 横流向振动幅值响应特性
•     4.1.2 横流向振动频率响应特性
•     4.1.3 Strouhal数比较分析
•     4.1.4 运动轨迹分析
•     4.1.5 顺流向平均位移响应特性
•   4.2 不同张紧力作用下响应特性分析
•     4.2.1 横流向振动幅值响应特性
•     4.2.2 顺流向双管最小间距值分析
•   4.3 分析结论总结
• 第5章 串列双管干涉数值模拟
•   5.1 双管干涉数值分析理论模型
•     5.1.1 Huse尾流模型
•     5.1.2 Blevins尾流模型
•   5.2 数值模拟方法介绍
•     5.2.1 有限元刚度矩阵与质量矩阵
•     5.2.2 数值模拟验证
•   5.3 尾流场模型修正
•   5.4 数值模拟结果与试验结果比对
•   5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 主要创新点
•   6.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表（或录用）的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张智奇

导师: 付世晓

关键词: 串列立管干涉,尾流场模型,柔性立管,涡激振动,尾流诱导振动,遮蔽效应,试验研究

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 上海交通大学

分类号: P756.2

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.000987

总页数: 96

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