[發(fā)明專利]一種深水立管尾流振動試驗方法

無效

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• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN102636326A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃維平;梁鵬;李志強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

[技術(shù)領(lǐng)域]

本發(fā)明涉及深水立管尾流振動問題的研究方法，尤其涉及一種深水立管尾流振動的試驗方法。

[背景技術(shù)]

深水立管通常是多根立管沿兩個相互垂直的方向等間距排列的，每排立管至少有兩根，多則三至四根。因此，當(dāng)海流的流動方向與兩根以上的立管排列方向平行時，就形成了上下游的排列方式，迎著來流方向的第一根立管稱為上游立管，其他則為下游立管，行業(yè)內(nèi)稱其為串列立管。現(xiàn)場觀測和實驗室實驗均發(fā)現(xiàn)，下游立管在上游立管尾流和自身渦激升力的作用，橫向振動遠遠大于上游立管或單根立管的橫向振動，因為，上游立管或單根立管僅僅受到自身渦激升力的作用。由于下游立管的渦旋泄放與上游立管的尾流渦街是耦合在一起的，因此，尾流振動和渦激振動也是耦合在一起的，兩個振動之間存在相位差，并不等于尾流振動與渦激振動的直接疊加。如果采用現(xiàn)有的渦激振動試驗方法，則無法將尾流振動和渦激振動分離開來，因此，無法研究尾流振動的性質(zhì)及其與渦激振動的耦合機理。

渦激振動是圓柱體尾流場的渦旋泄放誘發(fā)的一種振動形式，傳統(tǒng)的渦激振動只研究一個圓柱體的渦激振動問題。由于深水油氣開發(fā)工程出現(xiàn)了多根立管沿兩個垂直方向排列的結(jié)構(gòu)形式，因此，當(dāng)流速與立管的排列方向平行時，迎著來流方向的第一根立管以外的立管均處于其上游立管的尾流場中，可稱其為尾流立管。現(xiàn)場觀測和實驗室實驗均發(fā)現(xiàn)，尾流立管的橫向振動遠遠大于上游立管或單根立管在同樣流速條件下的橫向振動。分析認為，這是由于尾流立管不僅受到自身渦旋泄放造成的渦激升力，而且受到上游立管尾流場渦街造成的橫向力作用。由于渦旋泄放具有自身的規(guī)律，與流速和圓柱體的振動性質(zhì)有關(guān)，因此，上游立管尾流發(fā)放的渦運動到尾流立管時的形態(tài)與兩立管之間的距離有關(guān)。而下游立管的渦旋形成和發(fā)放不僅與流速和尾流立管振動形態(tài)有關(guān)，還與上游立管的尾流渦運動形態(tài)有關(guān)，這使問題變得復(fù)雜。此外，傳統(tǒng)渦激振動立管并不包括尾流立管這樣的問題，是深水油氣開發(fā)引發(fā)了關(guān)于尾流立管的流致振動的研究。目前，關(guān)于尾流立管的流致振動研究還沒有一種成熟的方法，主要采用傳統(tǒng)渦激振動理論和實驗方法進行研究，而傳統(tǒng)理論和實驗方法不能將上游立管尾流引起的振動和自身渦激升力引起的振動分離開來，因此，無法研究他們的耦合機理，從而不能建立相應(yīng)的理論和分析模型與方法。

[發(fā)明內(nèi)容]

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種深水立管尾流振動試驗方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種深水立管尾流振動試驗方法，包括如下步驟：

(1)將試驗裝置放置在水槽中，所述試驗裝置包括上游圓柱和下游翼形柱；將上游圓柱和下游翼形柱均豎立設(shè)置并固定在水槽中部的水流穩(wěn)定區(qū)，以上游圓柱在前、下游翼形柱在后的順序迎著水流方向排列，使得上游圓柱和下游翼形柱的軸線位于水槽的中軸線；在上游圓柱中部表面貼有應(yīng)變片和壓力傳感器；在下游翼形柱中部的表面也貼有應(yīng)變片和壓力傳感器；

(2)水槽充水至上游圓柱或下游翼形柱高度的2/3及以上；

(3)設(shè)定上游圓柱和下游翼形柱的間距為間距系列設(shè)定值，所述間距系列設(shè)定值為上游圓柱直徑的整數(shù)倍；

(4)設(shè)定水槽內(nèi)水流流速為流速系列設(shè)定數(shù)值；所述流速系列設(shè)定值為使水槽內(nèi)水流流速的雷諾數(shù)達到特定值；

(5)啟動造流泵并調(diào)整水流流速使雷諾數(shù)達到流速系列設(shè)定值中某一流速設(shè)定值；

(6)取上游圓柱和下游翼形柱的間距為間距系列設(shè)定值中的某一間距設(shè)定值，并保持這個間距；

(7)通過上游圓柱和下游翼形柱中部的表面貼有的應(yīng)變片和壓力傳感器，分別測量上游圓柱和下游翼形柱的動應(yīng)變和動水壓力值；

(8)分析上游圓柱和下游翼形柱的測量數(shù)據(jù)，計算出振動頻率、振動幅值和渦激升力的頻率和大小；

(9)關(guān)閉造流系統(tǒng)，調(diào)整并固定上游圓柱和下游翼形柱的間距為間距系列設(shè)定值的另一個整數(shù)倍；重復(fù)步驟7-8，直至試驗完每個間距系列設(shè)定值；

(10)啟動造流泵并調(diào)整水流流速使雷諾數(shù)達到流速系列設(shè)定值中另外一個流速設(shè)定值；

(11)重復(fù)步驟6-9；直至試驗完每個流速系列設(shè)定值；

(12)對上述試驗數(shù)據(jù)進行分析可得出在不同雷諾數(shù)范圍，尾流振動與上下游圓柱和下游翼形柱間距的關(guān)系。

作為優(yōu)選，間距系列設(shè)定值分別為上游圓柱直徑的10倍、9倍、8倍、7倍、6倍、5倍、4倍、3倍、2倍、1倍。

作為優(yōu)選，流速系列設(shè)定值是分別使雷諾數(shù)達到300、2000、20000、200000的流速。