【摘 要】
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立管系统是用于连接水面浮体和海床井口的系统,它是浮式生产系统用于传送液体的基本装置,涡激振动(VIV)是引发其疲劳破坏的一个主要因素。在立管表面安装螺旋导板是一种有效的抑制立管涡激振动的措施。目前针对立管的涡激振动规律的研究,多数采用单独圆柱体或单独柔性管道模型。然而实际工程中海洋平台往往连接十几根立管,通常以管群的形式存在。当有外部流体通过时,立管会受到其他立管尾流及相邻立管的影响,产生“干涉效
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立管系统是用于连接水面浮体和海床井口的系统,它是浮式生产系统用于传送液体的基本装置,涡激振动(VIV)是引发其疲劳破坏的一个主要因素。在立管表面安装螺旋导板是一种有效的抑制立管涡激振动的措施。目前针对立管的涡激振动规律的研究,多数采用单独圆柱体或单独柔性管道模型。然而实际工程中海洋平台往往连接十几根立管,通常以管群的形式存在。当有外部流体通过时,立管会受到其他立管尾流及相邻立管的影响,产生“干涉效应”,干涉效应对立管的涡激振动规律产生显著影响,与单根立管相比存在较大差异。为深入研究干涉效应对立管涡激振动的影响规律,在波流联合水槽中进行均匀来流下串联排列双立管涡激振动试验,立管模型有效长度2.0m,外径18mm,壁厚1mm,长细比为111.11。本文设计了两组试验:第一组是两根立管均为光滑立管,第二组设计下游为光滑裸管,上游为三螺旋抑振管,三螺旋导板螺距17.5D,螺高0.25D。通过变化多级外流流速、立管间距,并与单独裸管、单独抑振管的动力响应对比分析,研究干涉效应对串联排列双立管的动力特性及动力响应影响规律,揭示三螺旋导板抑制效率对排列间距和外部流速的敏感特性,探索管间流体对下游管的尾流激励及对上游管的动力反馈机制。研究结果表明,对于串联排列的两根光滑立管,立管之间发生互相干涉作用,上游光滑立管受影响较弱,横向与顺流向主导频率略低于孤立光滑立管,各间距比之间差异较小,上游光滑立管对于间距比的敏感性较低。下游光滑立管的反馈作用增强了上游光滑立管的横向位移,上游光滑立管的位移均超过了孤立光滑立管,不同间距比的上游光滑立管位移存在差异。下游光滑立管受到上游光滑立管的屏蔽作用和尾涡激励作用,下游光滑立管的位移高于孤立光滑立管。对于串联抑振与光滑立管,下游光滑立管的主导频率不同于孤立光滑立管,在横流向的一阶频率锁定区域增宽,在顺流向的主导频率出现由一阶转化为二阶的过程,并且对于间距比变化的敏感性较低;随着约化速度的增大,上游抑振立管遮蔽效应的影响逐渐减弱,尾流激励逐渐增强,下游光滑立管横向位移响应逐渐超越孤立光滑立管;顺流向位移均低于孤立光滑立管。下游光滑立管对上游抑振立管尾流区域产生干扰作用,约化速度Ur<6.73时,三螺旋导板的抑振效果增强,其中间距比为8时抑振效率最高,可达99%;Ur>6.73时对三螺旋导板的抑振效果产生减弱,间距比为5时抑振效率仅为 63%。
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