悬跨高度对海底管道绕流流场特性影响的数值模拟研究
自由悬跨是海底管道安全的风险之一,涡激振动引起的疲劳(VIV)是自由悬跨海底管道的主要失效模式.悬跨高度是影响涡激振动频率和载荷大小的一个重要因素.本文采用雷诺平均湍流模型(k-ω)研究了不同悬跨高度下海底管道湍流绕流和尾迹流场特性.模拟的海底管道直径为0.923m,悬跨高度比(e/D)=0.2～1.0,分析了海底壁面对绕流流场、升力系数和旋涡脱落的影响规律.结果表明:随着悬跨高度比的减小,圆柱绕流的前驻点向下偏移,流动方向往上偏移,壁面边界层向外扩展,对流动产生明显阻塞作用;当e/D≥0.8以后,旋涡脱落几乎不受下壁面的影响,脉动升力的幅值基本不变,平均升力系数也基本不变;随着悬跨高度e/D减小,平板壁面边界层和圆柱绕流旋涡的相互作用越加明显,壁面旋涡的旋转方向为顺时针,圆柱下侧旋涡的旋转方向为逆时针,二者方向相反而发生相互抵消现象.因此,下侧旋涡在脱落过程中被严重拉伸,同时漩涡强度迅速衰减.
海底油气管道 悬跨高度 脉动升力系数 绕流流场
许明 陈学东 王冰 关卫和 范志超 董杰
合肥通用机械研究院 国家压力容器与管道安全工程技术研究中心,安徽压力容器与管道安全技术省级实验室 安徽合肥市 230031
国内会议
合肥
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791-798
2017-11-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）