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剪切流与柔性立管相互作用的数值模拟

剪切流与柔性立管相互作用的数值模拟

作者：史鸿艳大连海事大学

学位级别：硕士

复杂的海洋环境下,立管受到内外流的联合作用,发生复杂的涡激振动响应,立管产生疲劳损伤,长时间的疲劳损伤会导致立管发生破坏,立管破裂将会导致石油和天然气泄漏,产生巨大的经济损失并引发严重的海洋污染和次生灾害。因此对内外流与柔... 详细信息

复杂的海洋环境下,立管受到内外流的联合作用,发生复杂的涡激振动响应,立管产生疲劳损伤,长时间的疲劳损伤会导致立管发生破坏,立管破裂将会导致石油和天然气泄漏,产生巨大的经济损失并引发严重的海洋污染和次生灾害。因此对内外流与柔性立管之间的相互作用进行分析,对保护海洋环境,预防海洋污染有重要的意义,同时对立管的结构设计和安全评估也具有一定指导意义。为此本文提出两种不同算例,其一是均匀流下柔性立管涡激振动的影响因素分析,其二是剪切流下柔性立管涡激振动的影响因素分析。研究基于雷诺时均N-S控制方程,以VOF法捕捉交界面,采用动网格控制技术实现流固耦合交互,建立三维均匀流与柔性立管相互作用的数值模型,数值结果与实验结果对比良好,符合预期。对不同外流流速、内流流速、内流密度下均匀流与柔性立管相互作用的数值模型进行分析。主要研究结果如下:(1)随外流流速增加,立管承受载荷增加,立管顺流向(IL)位移逐渐增大,同时横流向(CF)和IL向被激发出更高阶的振动模态,随着模态变高阶,CF和IL振幅逐渐减小,由于IL位移幅值较大远超IL和CF振幅,管长变形量逐渐增大;当立管发生共振时,CF及IL振幅大幅增大。(2)低内流流速下,随内流流速增加,立管CF及IL振幅先减小后增大,管长变形量先减小后增大;立管固有频率随内流流速增加而降低,涡脱频率与固有频率相近时,CF及IL振幅增加。(3)随内流密度增加,立管IL位移及振幅逐渐减小,CF振幅逐渐减小,管长变形量减小。构建剪切流与柔性立管相互作用的数值模型,分析不同剪切率对柔性立管下涡激振动的影响。研究结果表明:(1)最小流速一定时,随剪切率增加,IL振动模态增加,IL位移及振幅逐渐增大,CF振幅逐渐增大,管长变形量逐渐增大。(2)剪切流条件下,立管上部分IL振幅小,下部分IL振幅大,最大变形位置靠近中下段但不固定,并且随着剪切率增加,最大变形位置逐渐变宽。

关键词：涡激振动柔性立管均匀流剪切流变形量

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无压均匀流矩形断面宽深比关系式推导

水利水电工程设计 2013年第2期32卷 29-30页

作者：苏东喜肖剑戴雪黄河勘测规划设计有限公司

在无约束情况下,无压均匀流矩形设计断面的宽深比是任意的、无规律的,引入设计断面与最佳水力断面面积比α约束后求解,得出的设计断面的宽深比β和面积比系数α之间的关系式,辅助优选断面,特别适合对宽深比有控制要求的直墙式输水隧洞。

关键词：均匀流宽深比β 面积比α β-α关系式

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论梯形明渠均匀流计算的改进

内蒙古水利 2004年第4期 38-39页

作者：王丽华于水高学英赤峰市水利勘测设计院内蒙古赤峰024000

提出了梯形明渠均匀流计算的改进方法。

关键词：梯形明渠均匀流计算

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无压均匀流输水隧洞的定型断面计算

水利科技 1981年第2期 55-56页

作者： B·H戈士英熊义詠江西工学院水利分院

根据水电建设总局隧洞规范TY-24-108-48规定,输水隧洞定型断面的尺寸应与洞宽成一定的比例关系。分五种断面型式,按流量特征值进行上述隧洞计算。这种计算需要编制流量模数K的详细图表和K与隧洞充水程度α=h/H的相对关系图。式中h——... 详细信息

根据水电建设总局隧洞规范TY-24-108-48规定,输水隧洞定型断面的尺寸应与洞宽成一定的比例关系。分五种断面型式,按流量特征值进行上述隧洞计算。这种计算需要编制流量模数K的详细图表和K与隧洞充水程度α=h/H的相对关系图。式中h——均匀流正常水深;H——隧洞断面高。现行的隧洞计算方法,根据指定的隧洞尺寸计算它的输水能力是比较简单的。然而,按这种方法解决相反的问题就复杂了。无压隧洞均匀流的水力计

关键词：输水隧洞水工隧洞均匀流等速流

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均匀流下的圆柱形网衣变形数值模拟

船舶与海洋工程 2023年第3期39卷 19-23,28页

作者：张晓莹扈喆田径郭军林国珍李妍集美大学轮机工程学院福建厦门361021 福建省船舶与海洋工程重点实验室福建厦门361021

为探究均匀流作用下圆柱形网衣的变形情况及各参数对其变形的影响,基于完全挠性构件静力学基本方程建立网衣系统静态迭代求解算法,并通过将数值模拟结果与已有试验研究结果相对比验证该求解算法的准确性。以某圆柱形网衣为例,模拟其在... 详细信息

为探究均匀流作用下圆柱形网衣的变形情况及各参数对其变形的影响,基于完全挠性构件静力学基本方程建立网衣系统静态迭代求解算法,并通过将数值模拟结果与已有试验研究结果相对比验证该求解算法的准确性。以某圆柱形网衣为例,模拟其在均匀流作用下的变形情况,研究沉子的重量和分布形式对网衣变形状态的影响。结果表明:在大部分情况下增加沉子重量可减少网衣体积损失,但也存在例外;迎流侧沉子对网衣变形的影响较大,可通过调节个别沉子的重量减小网衣变形;均匀分布的沉子更有助于减小网衣变形。

关键词：网衣沉子均匀流数值模拟体积损失

计及附加质量系数变化效应的立管涡激振动时域响应研究

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振动与冲击 2018年第1期37卷 53-59页

作者：袁昱超薛鸿祥唐文勇上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

针对海洋立管涡激振动问题提出了一套时域预报数值方法,引入附加质量单元,能够计及附加质量系数变化效应对立管模态分析及涡激振动预报的影响。基于上述方法对均匀流工况以及线性剪切流工况下立管模型的涡激振动响应进行分析,并与相应... 详细信息

针对海洋立管涡激振动问题提出了一套时域预报数值方法,引入附加质量单元,能够计及附加质量系数变化效应对立管模态分析及涡激振动预报的影响。基于上述方法对均匀流工况以及线性剪切流工况下立管模型的涡激振动响应进行分析,并与相应试验结果的均方根位移及曲率、应变及位移响应时历曲线以及响应幅值谱进行了对比。结果表明,本文模型能够有效预报海洋立管涡激振动响应,且与传统数值模型相比,本文模型预报结果与试验数据更为吻合,可以较好地体现附加质量系数变化效应对涡激振动预报较为明显的影响。

关键词：涡激振动附加质量系数时域预报均匀流剪切流

单叶片桨噪声相移叠加法预报多叶片船舶螺旋桨非空化低频噪声

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声学学报 2016年第3期41卷 390-397页

作者：魏应三王永生杨琼方刘强海军工程大学动力工程学院武汉430033 海军工程大学舰船综合电力技术国防重点实验室武汉430033

单个桨叶噪声预报螺旋桨非空化噪声可显著降低计算耗时,本文联合URANS和声类比方程对该方法进行验证,并对螺旋桨噪声的时域特征进行分析。首先计算均匀流中E779A螺旋桨的声辐射,揭示了桨叶上声压分布及测点声压信号的典型周期特征,采用... 详细信息

单个桨叶噪声预报螺旋桨非空化噪声可显著降低计算耗时,本文联合URANS和声类比方程对该方法进行验证,并对螺旋桨噪声的时域特征进行分析。首先计算均匀流中E779A螺旋桨的声辐射,揭示了桨叶上声压分布及测点声压信号的典型周期特征,采用单个叶片噪声相移叠加(简称"单叶片方法")预报螺旋桨噪声的结果,与对螺旋桨所有叶片积分的计算结果吻合良好,验证了均匀流中单叶片方法的可行性。将该方法应用于潜艇伴流场中无侧斜和大侧斜螺旋桨噪声辐射计算,预报结果与所有叶片积分的结果吻合较好,验证了非均匀流场中单叶片方法的可行性,说明单叶片相移叠加法预报螺旋桨普遍进流条件下的辐射噪声是可行的。研究结论也可为对转桨、泵喷等噪声预报提供参考。

关键词：螺旋桨直径均匀流叶片表面船舶螺旋桨进流片方法周期特征桨叶伴流声辐射

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串列双流线型断面涡激振动气动干扰试验

中国公路学报 2011年第3期24卷 51-57页

作者：刘志文陈政清栗小祜周帅吕建国湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 湖南省通平高速公路建设开发有限公司湖南岳阳414500 广西交通投资集团有限公司广西南宁530028

在均匀流场下,分别对不同间距比D/B、不同阻尼比条件下上、下游流线型断面涡激振动气动干扰进行了风洞试验研究,并将上、下游流线型断面涡激振动锁定区间、涡激振动振幅与单流线型断面进行了对比。结果表明:上、下游流线型断面涡激振动... 详细信息

在均匀流场下,分别对不同间距比D/B、不同阻尼比条件下上、下游流线型断面涡激振动气动干扰进行了风洞试验研究,并将上、下游流线型断面涡激振动锁定区间、涡激振动振幅与单流线型断面进行了对比。结果表明:上、下游流线型断面涡激振动锁定区间不因D/B及阻尼比的影响而改变,上、下游流线型断面D/B和阻尼比对其涡激振动振幅有影响;上游断面涡激振动气动干扰效应主要受D/B的影响,当D/B≤3时,对上游断面涡激振动的干扰效应表现为增大效应;当D/B>3时,对上游断面涡激振动的干扰效应可忽略;下游断面涡激振动气动干扰效应主要受上游断面涡激振动振幅影响,当上游断面振幅较大时,其对下游断面干扰效应主要表现为抑制作用;当上游断面振幅较小时,其对下游断面干扰效应则表现为增大效应;随着双幅断面间距增加,干扰效应逐渐减弱。

关键词：桥梁工程串列双流线型断面风洞试验气动干扰效应涡激振动均匀流

规则波与流相互作用的数值模拟与不确定度分析

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哈尔滨工程大学学报 2021年第2期42卷 172-178页

作者：姚顺马宁丁俊杰顾解忡上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

针对波流相互作用问题,本文研究了均匀流对规则波特性及不确定度的影响规律。在上海交通大学风洞循环水槽中开展规则波与流相互作用的试验;基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程对规则波与流相互作用问题进行数值模拟;开展了数值模拟结... 详细信息

针对波流相互作用问题,本文研究了均匀流对规则波特性及不确定度的影响规律。在上海交通大学风洞循环水槽中开展规则波与流相互作用的试验;基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程对规则波与流相互作用问题进行数值模拟;开展了数值模拟结果的不确定度分析。结果表明:顺流情况下规则波波高降低,波峰和波谷更平坦;逆流对规则波的影响则相反,逆流流速达到0.6 m/s时,规则波会被阻隔。无流及顺流工况数值模拟结果对网格尺寸依赖程度都大于时间步长;与无流工况相比,顺流时数值模拟结果对网格尺寸和时间步长更加敏感。

关键词：流体力学数值模型规则波均匀流波流相互作用波浪阻隔数值波浪水池不确定度分析