[發明專利]一種考慮約化速度和間距的尾流立管渦激升力確定方法

有效

• 申請號: 202011636772.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112834164B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 宋虹;黃維平
• 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: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 楊亞潔

本發明涉及海洋深水立管的研究方法，具體涉及一種考慮約化速度和間距的尾流立管渦激升力確定方法。本發明考慮不同約化速度和間距下上游立管渦街對尾流立管渦激升力幅值和尾流立管渦旋脫落頻率的影響，并采用迭代方法計算時域的渦激升力，從而建立了一個同時考慮約化速度和間距影響的尾流立管的流固耦合時域渦激升力計算方法，在考慮立管間距影響的同時考慮約化速度對尾流立管渦激升力的影響，使計算結果更加準確，為尾流立管的渦激振動與疲勞設計分析提供了時域分析的途徑和依據。

技術領域

本發明涉及海洋深水立管的研究方法，具體涉及一種考慮約化速度和間距的尾流立管渦激升力確定方法。

背景技術

當流體流經順流向布置(串列)的立管時，下游立管淹沒在上游立管的尾跡中，上游立管對尾流立管的來流產生了遮蔽效應，使得尾流立管的來流不再是大流場的流態而是上游立管的尾流。此時，下游立管的渦激升力受上游立管的尾流和下游立管自身渦旋脫落的組合作用，因此其受力特性與傳統渦激振動不同。

尾流立管的渦激振動與上游立管尾流強度和其所處的上游立管尾流場位置有關，這就導致不同的約化速度和間距下，尾流立管所受渦激升力有較大的區別。而現有技術僅考慮間距對尾流立管渦激升力的影響，沒有能同時考慮約化速度和間距影響的尾流立管的渦激升力計算方法。這個現象已被國內外的專家學者注意到，并開展了相應的研究。

對于順流向排列的兩根立管，從上游立管脫落的渦旋在尾流處形成渦街，從而對尾流立管產生干擾。同時，尾流立管自身的渦旋泄放也受到上游立管渦街的影響而改變其頻率和強度。現有技術僅考慮間距對尾流立管渦激升力的影響，沒有能同時考慮約化速度和間距影響的尾流立管的渦激升力計算方法。現行的立管渦激振動與疲勞設計均采用單根立管或者僅考慮間距影響的尾流立管渦激升力計算方法，因此，計算結果偏于不準確。

發明內容

為解決現有技術存在的不足，本發明實施例提供了一種考慮約化速度和間距的尾流立管渦激升力確定方法。

本發明實施例的技術方案為：

本發明實施例提供了一種考慮約化速度和間距的尾流立管渦激升力確定

方法，所述方法基于下述渦激升力模型：

式中：F_L——渦激升力；

C_L——升力系數；

C_D——拖曳力系數；

C_m——附加質量系數；

ρ——流體密度；

λ——上下游立管軸線之間的距離L與直徑之比L/D；

D——尾流立管直徑；

U——流速；

——尾流立管順流向振動速度；

——尾流立管橫流向振動速度；

——尾流立管渦旋泄放頻率：

其中：f_n為尾流立管固有頻率；

t——時間；

——尾流立管橫流向振動加速度；

公式(1)中的第一項為渦旋泄放引起的升力，其中的a(λ,V_r)是在不同約化速度和間距下上游立管渦街對渦激升力幅值的影響；第二項為尾流立管振動速度引起的粘性阻力，第三項為尾流立管振動加速度引起的Froude-Krylov力；公式(2)中的f(λ,V_r)是在不同約化速度和間距下上游立管渦街對尾流立管渦旋泄放頻率的影響。