悬跨海底管道绕流三维特性的大涡数值模拟研究

• 作者: 关卫和 王冰 范志超 董杰 许明 陈学东
• 来源期刊: 流体机械
• 学科: 工学
• 关键词: 海底管道 悬跨高度 近壁面 升阻力系数 大涡数值模拟
• 年，卷（期）: 2018,（5）
• 所属期刊栏目: 设计计算
• 页码范围: 18-24
• 页数: 7页
• 分类号: TH137
• 字数: 5122字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1005-0329.2018.05.004

摘要

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.