3种附属管排布方式对主管路水动力特性的影响Influence of Three Arrangement Modes of Auxiliary Pipes on Hydrodynamic Characteristics of Main Line
黄技,王成彦,巫凯旋,陶韵如,赵远溥,尹辉
摘要(Abstract):
【目的】研究均匀流多管束干涉流动下圆柱受迫振动的水动力特性。【方法】基于SSTκ-ω模型,在亚临界雷诺数下(Re=1×10~5)对多管束共振强迫的涡激振动问题进行二维数值模拟,比较与分析三种典型附属管排布方式对主管路流体动力学特征的影响。【结果与结论】采用模型3下的附属管排布方式可在较大范围的振幅比下(A_y/D=0.1~0.8)有效改善主管路水动力特性:1)有效降低主管路上平均升力系数的幅值;2)抑制在单管路系统中出现的脉动升力系数突变衰减。同时,由于多管束对流动产生干涉效应,主管路上表现的尾迹涡度随着振动幅度的增大而呈现出不同的模式。此外,功率谱密度分析发现,多管束系统相较于单圆柱系统,在频率比为1时,模型2与模型3的共振"锁定"状态得到改善。
关键词(KeyWords): 涡激振动;受迫振动;水动力特性改善;多管束排布方式;重叠网格
基金项目(Foundation): 广东海洋大学大学生创新创业训练计划项目(CXXL2021302);; 2020年广东省促进经济高质量发展专项(军民融合发展);; 湛江市非资助科技攻关专题(2020B01416)
作者(Author): 黄技,王成彦,巫凯旋,陶韵如,赵远溥,尹辉
参考文献(References):
- [1]赵静,吕林,董国海,等.亚临界雷诺数下圆柱受迫振动的数值研究[J].计算力学学报,2012,29(1):74-80.
- [2]王志东,周林慧.均匀流中横向振荡圆柱绕流场的数值分析[J].水动力学研究与进展(A辑),2005,20(2):146-151.
- [3]潘志远.海洋立管涡激振动机理与预报方法研究[D].上海:上海交通大学,2006.
- [4]WILLIAMSON C H K,ROSHKO A.Vortex formation in the wake of an oscillating cylinder[J].Journal of Fluids and Structures,1988,2(4):355-381.
- [5]樊娟娟,唐友刚,张若瑜,等.高雷诺数下圆柱绕流与大振幅比受迫振动的数值模拟[J].水动力学研究与进展A辑,2012,27(1):24-32.
- [6]喻晨欣,王嘉松,郑瀚旭.高分辨率TVD-FVM方法求解二维圆柱受迫振动问题[J].水动力学研究与进展(A辑),2018,33(5):593-600.
- [7]朱永健,宗智.定常流中横向振动圆柱的升力突变现象研究[J].水动力学研究与进展(A辑),2020,35(5):592-600.
- [8]AHN H T,KALLINDERIS Y.Strongly coupled flow/structure interactions with a geometrically conservative ALE scheme on general hybrid meshes[J].Journal of Computational Physics,2006,219(2):671-696.
- [9]BORAZJANI I,SOTIROPOULOS F.Vortex-induced vibrations of two cylinders in tandem arrangement in the proximity-wake interference region[J].Journal of Fluid Mechanics,2009,621:321-364.
- [10]吴文波.海洋结构中多圆柱流动干涉与涡激振动特征研究[D].上海:上海交通大学,2017.
- [11]涂佳黄,杨枝龙,邓旭辉,等.上游静止柱体对圆柱体结构尾激振动的影响[J].船舶力学,2020,24(2):179-190.
- [12]姚熊亮,陈起富,徐文景.均匀流场串列圆柱涡激振动特性的实验研究[J].振动工程学报,1994(1):17-22.
- [13]张晓娜,及春宁,陈威霖,等.正三角形排列刚性耦合三圆柱涡激振动特性及尾涡模式[J].振动与冲击,2021,40(12):132-142.
- [14]MENTER F R.Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications[J].AIAA Journal,1994,32(8):1598-1605.
- [15]陈懋章.粘性流体动力学基础[M].北京:高等教育出版社,2006.
- [16]盛磊祥.海洋管状结构涡激振动流体动力学分析[D].青岛:中国石油大学,2008.
- [17]GOPALKRISHNAN R.Vortex-induced forces on oscilla-ting bluff cylinders[D].Cambridge,MA,USA:Massachusetts Institute of Technology,1993.
- [18]BLACKBURN H M,HENDERSON R D.A study of two-dimensional flow past an oscillating cylinder[J].Journal of Fluid Mechanics,1999,385:255-286.
- [19]黄技,吕鸿冠,林灿彬,等.基于fluent的不同雷诺系数下二元圆柱绕流的研究[J].广东海洋大学学报,2015,35(4):81-86.