流体机械

2018, v.46;No.551(05) 18-24

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悬跨海底管道绕流三维特性的大涡数值模拟研究
Large Eddy Numerical Simulation of Flow Characteristics around Submarine Pipeline with Free Span

许明;陈学东;王冰;关卫和;范志超;董杰;

摘要(Abstract):

自由悬跨是海底管道安全的风险之一,涡激振动(VIV)引起的疲劳是自由悬跨海底管道的主要失效模式之一。悬跨高度是影响海底管道涡激振动频率和载荷大小的一个重要因素。采用大涡数值模拟方法(LES)研究了不同悬跨间隙比(G/D)海底管道绕流的流场特性,分析了悬跨的间隙比对海管绕流场剪切层相互作用、升阻力系数和旋涡脱落等的影响规律。结果表明:与湍流模型的雷诺平均方法(RANS)相比,大涡数值模拟方法能够得到更准确和详细的近壁面圆柱绕流结果。在G/D小于0.8以后升阻力系数有明显变化,升力系数的均方根值随着G/D的减小而减小。当G/D大于0.8,升力系数的均值和均方根值基本不变,此时悬跨高度对绕流不再有明显影响。因此,可将G/D等于0.8作为临界悬跨间隙比,大于临界悬跨高度时的疲劳分析可等同于孤立管道。当G/D小于0.3以后,由于旋涡发放被抑制,升力系数的均方根值基本保持在很小的值,因此疲劳失效的风险大幅降低。而在中间过渡阶段的间隙比情况下,可以参考获得的升力系数值做更为精确的疲劳分析。

关键词(KeyWords): 海底管道;悬跨高度;近壁面;升阻力系数;大涡数值模拟

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家国际科技合作专项项目“全尺寸海底管道结构疲劳试验系统合作研制”(2015DFA71730);; 安徽省自然科学基金青年项目(1808085QE174);; 合肥通用机械研究院有限公司博士科技基金项目(2017010481)

作者(Author): 许明;陈学东;王冰;关卫和;范志超;董杰;

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