柱体涡激运动研究概述_渠基顺.pdf

船舶设计与建造 中外船舶科技 2013年第3期 柱体涡激运动研究概述 渠基顺，管义锋 （江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏，镇江212003） 摘 要：基于国内外对柱体涡激运动的研究成果，主要对柱体涡激运动的研究现状进行了概括与总结，系统阐述了国内外对涡 激运动的实验研究与CFD数值模拟的研究现状，并对单柱体与多柱体涡激运动的研究成果进行分类，指出CFD数值模拟的局 限性与目前研究的不足以及未来的研究方向，提出了多柱体涡激运动研究的必要性。 关键词：涡激运动；多柱体；实验研究；数值模拟 [1] 1 研究背景与意义 偏小，会导致过低估计锚链和立管的尺度 。 海洋中有着丰富的能源，据必威体育精装版探测结果表 2 柱体涡激运动 明，海底石油资源储量达1300亿t。近年来人们将 目光投向了海洋工程领域的深水石油和天然气。我 2.1 涡激运动 国有着广阔的海岸线，石油资源十分丰富。据专家 由于流体有一定的粘性，当一定速度的来流流 经柱状结构物时会在其两侧产生交替的漩涡。柱体 初步估计，南海石油储量在230亿到300亿吨之 间，约占我国石油总资源的三分之一，因此南海又 后面的漩涡泄放时，会产生横向和流向的脉动压 被称为第二个波斯湾。目前石油的产量直接影响着 力。若柱体的支撑方式是弹性支撑，柱体所受到的 世界经济的发展，所以人类设计和建造各种海洋平 横向和流向脉动压力则促使柱体进行周期性的往 台来获取这种“黑色黄金”。 复运动。流向脉动力使柱体产生纵向的运动，即纵 不管海洋石油开采采用何种平台结构形式，这 荡（surge）。横向脉动力使柱体产生横向的周期往复 些结构都有着一个共同的特点，即由很多柱体构 运动，即横荡（sway）。由于实际过程中横荡运动显 成。例如，SPAR平台是单柱体结构，柱体的形状一 著，因此研究人员把研究重点放在了柱体的横荡运 般为圆柱形；半潜式平台一般有3个或4个立柱， 动上。在海洋工程领域中，可以根据柱体结构物的 立柱的截面形式一般以圆形和方形为主，立柱以一 尺度和直径长度比，把周期运动分为涡激振动 定的形式排列；张力腿平台的立柱形式和半潜式平 [2] 台的立柱形式非常类似，其立柱的截面也是以圆形 ducedMotion）。 和方形为主，其中以四柱体阵列排布的比较多。对 柱体涡激运动研究一般分为两大类，即自激运 于海洋平台中的各种柱体结构而言，一个不能忽视 动和受迫运动。自激运动指的是由尾涡脱落所产生 的问题就是涡激运动。 的周期性的脉动力从系统内部驱动的柱体运动。受 海洋工程中的平台在强流作用下容易发生涡激 迫运动指的是以特定的振幅、确切的振动频率从系 运动这一特性决定了在设计和研究过程中必须对相 统外部驱动的柱体运动。前者的研究重点是一定范 关方面进行更加周密的考虑。对于海洋结构物来说， 围的折减速度下振幅的变化规律，后者的研究则局 涡激运动会增加锚链和立管的疲劳破坏，缩短总体 限于发生锁定现象区域。研究涡激运动的最终目标 疲劳寿命，增加结构物的总阻尼。如果不考虑涡激运 是尽可能利用受迫运动的结果来预报自激运动的 动现象的话，疲劳分析及锚链最大张力的结果都将 动力和运动特性，通过自激运动的结果预报受迫运 作者简介：渠基顺，硕士