[發明專利]一種深水立管的時域脈動拖曳力確定方法

無效

• 申請號: 201110290806.5
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN102353516A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 黃維平;周陽;段金龍
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種深水立管的時域脈動拖曳力確定方法，其特征在于：分為非渦旋泄放鎖定區和渦旋泄放鎖定區，建立的脈動拖曳力時域模型如下：

a)非渦旋泄放鎖定區

FD=12CDρD(U-u·)2cosωs′t+12CDρD(U-u·)|U-u·|-π24ρDu··]]>

b)渦旋泄放鎖定區

FD=12CDρD(U-u·)2cos2ωs′t+12CDρD(U-u·)|U-u·|-π24ρDu··]]>

式中，FD--脈動拖曳力；

??????C_D--拖曳力系數；

??????ρ--流體密度；

???????D--深水立管直徑；

???????U--流體流速；

--深水立管順流向振動速度；

???ω′_s--渦旋泄放頻率，其中，St為斯特羅哈數；

???????t--時間；

??????ü--深水立管順流向振動加速度；

針對深水立管順流向振動速度和加速度，采用迭代方法對以上公式進行計算，分別得到非渦旋泄放鎖定區和渦旋泄放鎖定區的脈動拖曳力。

2.如權利要求1所述的深水立管的時域脈動拖曳力確定方法，其特征在于：所述的采用迭代方法進行計算的具體步驟如下：

1)給定深水立管順流向振動速度和加速度及計算時間的初值：

t_j＝t₀＝0，u·j(i)=u·0(0)=0,]]>u··j(i)=u··0(0)=0]]>

式中：j--時間步數，計算開始時j＝0；

??????i--迭代次數，每個時間步開始時i＝0；

2)計算給定流速下的約化速度：

Vr=UfnD]]>

式中：V_r--約化速度；

???????U--流體流速；

??????f_n--深水立管的固有頻率；

???????D--深水立管直徑；

3)當V_r＜5或V_r＞7時，將t_j，代入下式計算第j時間步內第i次迭代的脈動拖曳力：

FDj(i)=12CDρD(U-u·j(i))2cosωs′tj+]]>

12CDρD(U-u·j(i))|U-u·j(i)|-π24ρDu··j(i)]]>

當5≤V_r≤7時，將t_j，代入下式計算第j時間步內第i次迭代的脈動拖曳力：

FDj(i)=12CDρD(U-u·j(i))2cos2ωs′tj+]]>

12CDρD(U-u·j(i))|U-u·j(i)|-π24ρDu··j(i)]]>

4)將步驟3)中計算得到的脈動拖曳力代入深水立管的振動方程式：

mu··j(i+1)+cu·j(i+1)+kuj(i+1)=FDj(i)]]>

式中：m--深水立管的質量；

??????c--深水立管的阻尼系數；

??????k--深水立管的彎曲剛度；

--第j時間步內第i+1次迭代的順流向振動位移；

--第j時間步內第i+1次迭代的順流向振動速度；

--第j時間步內第i+1次迭代的順流向振動加速度；

計算第j時間步內第i+1次迭代的深水立管順流向渦激振動的速度和加速度

5)如果ε為預先設定的計算精度，則繼續進行迭代計算，令：

u·j(i)=u·j(i+1),]]>u··j(i)=u··j(i+1)]]>

然后，重復步驟3)～5)的計算；

如果則開始下一個時間步的計算，令：

t_j＝t_j+1＝t_j+Δt，u·j(i)=u·j+1(0)=u·j(n),]]>u··j(i)=u··j+1(0)=u··j(n)]]>

n為第j時間步的總迭代次數；

重復步驟(3～5)的計算，直至計算時長滿足需要。