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附属分离盘抑制圆柱涡激振动的数值模拟
引用本文:韩翔希,冯志强,邱昂,余建星,符妃.附属分离盘抑制圆柱涡激振动的数值模拟[J].船舶工程,2017,39(5):91-97.
作者姓名:韩翔希  冯志强  邱昂  余建星  符妃
作者单位:钦州学院广西船舶数字化设计与先进制造工程技术研究中心,广西钦州535099;钦州学院钦州市船舶先进设计制造重点实验室,广西钦州535099;广东省航运科学研究所,广州,510000
基金项目:广西壮族自治区中青年教师基础能力提升项目(KY2016YB484);钦州市科学研究与技术开发计划项目(20164405);钦州学院高级别培育项目:海洋立管涡激振动机理及其抑制研究(2016PY-SJ08);广西重点学科船舶与海洋工程资助项目;广西船舶数字化设计与先进制造工程技术研究中心课题资助项目;钦州市船舶先进设计制造重点实验室课题资助项目。
摘    要:基于动网格技术,编写UDF程序计算附属不同长度分离盘的圆柱双自由度涡激振动,并借助FLUENT软件模拟计算其周围流场。通过模拟计算不同长度附属分离盘的圆柱涡激振动,系统地对比分析其所受升阻力系数、振动响应、尾流涡形态、运动轨迹和频率特征等方面内容,并总结其一般规律。分析发现,添加合适长度的分离盘可以大大降低涡泄频率,有助于避开“锁定”区域,降低涡激振动的响应,同时还应该注意附属分离盘带来的多频和宽频振动特征。该数值模拟方法也为附属抑制装置的立管涡激振动数值模拟奠定了基础。降低,当约化速度Ur=5.5附近,分离盘长度越长,升阻力系数与振动响应越小。(2)添加附属分离盘后,裸圆柱所对应的双排尾流涡将变为单排尾流涡;随着分离盘长度增大,涡泄的位置往后推移,与此同时,分离盘的两侧逐渐出现一组次漩涡(分离盘上产生的漩涡);分离盘长度L=0.5D时,因其未能完全阻隔上下两侧漩涡的相互作用,并将一侧漩涡切分为二,与另一侧漩涡在尾流形成2P形态的涡。(3)附属分离盘长度的增加使得圆柱振动范围不断缩小,但会造成多频的振动特征,而且还有效地改变来流向响应与横向响应的相位角。(4)添加附属分离盘后,一方面圆柱阻力的主频率明显降低,而且主频率所对应的功率谱密度也明显降低,说明分离盘能降低来流向的振动频率与振动强度,但会造成附属分离盘的圆柱阻力表现为多频、宽频的振动特征;另一方面添加附属分离盘的圆柱升力频率明显降低,但同样会造成多频和宽频的振动特征。总的来说,添加合适长度的分离盘可以大大降低涡泄频率,有助于避开“锁定”区域,降低涡激振动的响应,同时还应该注意附属分离盘带来的多频和宽频振动特征。本文的数值模拟方法也为附属抑制装置的立管涡激振动数值模拟奠定基础。

关 键 词:涡激振动  分离盘  流固耦合  抑制涡激振动
收稿时间:2016/10/11 0:00:00
修稿时间:2017/6/8 0:00:00

Study on the Numerical Simulation of Cylindrical Vortex-induced Vibration Suppressed by Separating Plate
Abstract:This study based on the dynamic grid technique, writes UDF program to calculate 2 DOF VIV of an elastically mounted cylindrical structure with different length splitter plate, and uses FLUENT software to simulate the flow field around it. Through simulating the VIV of an cylindrical structure with varied length of splitter plate, the response, hydrodynamic forces, vortex shedding modes, trajectory, frequency characteristics of an cylindrical structure are systematically analyzed and summed up the universal rule. Overall, adding an appropriate splitter plate can be greatly reduced the vortex shedding frequency, and contribute to avoid the "lock in" area, also reduce the response of vortex-induced vibration, but we should also pay attention to multi-frequency and broadband vibration characteristics brought by splitter plate. The numerical simulation method of this article lays the foundation for simulating VIV of riser with suppression device.
Keywords:Vortex induced vibration  Splitter plate  Fluid-structure interaction  Suppressing vortex-induced vibration
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