圓柱繞流及立管渦激振動(dòng)數(shù)值計(jì)算分析.pdf

1、近年來國際社會(huì)對(duì)石油的需求持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)石油的開采將是人類在未來長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)工業(yè)發(fā)展一個(gè)核心方向。隨著陸上可開采油田的數(shù)量越來越少，同時(shí)海洋石油資源的分布逐漸被發(fā)現(xiàn)，海洋石油開采將成為未來原油產(chǎn)量的主要來源，所以對(duì)海洋石油的開采毫無疑問是大勢(shì)所趨。海洋石油開采的核心技術(shù)之一是立管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制造，在海洋石油的開采過程中，立管系統(tǒng)扮演著及其關(guān)鍵的角色，因?yàn)樗沁B接海底生產(chǎn)系統(tǒng)和海上浮式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，除了作為輸油管道外，立管還負(fù)責(zé)石油開采平臺(tái)輔助線

2、的支撐、輔助指導(dǎo)鉆井或修井機(jī)相關(guān)工具通往海底井口、浮體平臺(tái)回注非原油類流體至海底井口的傳輸導(dǎo)管等諸多內(nèi)容。當(dāng)前國際上立管系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心技術(shù)僅掌握在歐美少數(shù)國家，然而我國“十一五”規(guī)劃的提出明確了我國大力發(fā)展并研究海洋石油開采技術(shù)的決心。
　　海洋立管系統(tǒng)設(shè)計(jì)離不開對(duì)立管渦激振動(dòng)的研究，在復(fù)雜海洋環(huán)境載荷作用下，其尾流區(qū)域會(huì)出現(xiàn)持續(xù)生成和脫落漩渦，研究表明這類漩渦將會(huì)致使立管受到周期變化的流體力作用。若系統(tǒng)的固有震動(dòng)與該流體力的頻率大

3、致接近，它將會(huì)進(jìn)入一個(gè)“渦激共振”狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間的共振將會(huì)加速立管的斷裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)提前損壞，甚至可以引起石油泄漏事故。
　　本文首先概述海洋平臺(tái)立管分類，接著詳細(xì)綜述渦激振動(dòng)的概況。同時(shí)通過闡述流體流動(dòng)特性及其控制方程，研究了圓柱尾流區(qū)域漩渦產(chǎn)生與脫落的機(jī)理，并從本質(zhì)上解釋了渦激振動(dòng)現(xiàn)象。通過流體控制方程的建立，即著名的納維爾-斯托克斯方程，本文詳細(xì)介紹了目前工程上對(duì)渦激振動(dòng)研究應(yīng)用較為廣泛的數(shù)值求解方法，尤其是RNG k-ε模型和