專利名稱：一種深水立管的時域渦激升力確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋深水立管的研究方法，具體涉及一種深水立管的時域渦激升力確定方法。
背景技術(shù)：
渦激升力是圓柱體受到的垂直于流體流動方向的一種交變流體荷載，是由圓柱體尾流處的渦旋泄放引起的。對于彈性圓柱體而言，渦激升力將使圓柱體產(chǎn)生垂直于流體流動方向的振動。而對于剛性圓柱體，渦激升力并不引起圓柱體振動。這就是說，不論圓柱體是否振動，渦激升力始終是存在的。
渦激升力的交變頻率等于渦旋泄放的頻率，而渦旋泄放的頻率取決于流體流經(jīng)圓柱體的速度大小，渦激升力的大小取決于流體流經(jīng)圓柱體的速度。因此，對于剛性圓柱體來說，渦激升力的大小和頻率僅僅與流體的流動速度有關(guān)。而對于彈性圓柱體，由于圓柱體本身的振動，不僅使得流體流經(jīng)圓柱體的速度發(fā)生變化，而且使得流體在圓柱體的擾動下產(chǎn)生粘性阻力和附加質(zhì)量力。因此，對于彈性圓柱體的渦激升力計算不能僅僅考慮流場的流速一個因素(傳統(tǒng)渦激升力計算方法的缺點)，而應(yīng)考慮圓柱體振動的速度和加速度。
深水立管或海底管線屬于彈性圓柱體，其渦激振動為彎曲振動，因此，沿圓柱體軸向的不同位置，其振動速度和加速度是不同的。如果采用相同的渦激升力計算，則誤差是可想而知的。
總體來說，現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷
(1)沒有考慮深水立管(彈性圓柱體)橫流向振動的加速度效應(yīng)，忽略了深水立管周圍流場壓力梯度產(chǎn)生的附加質(zhì)量力。因此，計算得到的深水立管振動頻率偏低；
(2)沒有考慮深水立管橫流向振動的速度效應(yīng)，忽略了深水立管與流體相對速度變化引起的粘性阻力，因此，計算結(jié)果偏小。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種考慮深水立管橫流向振動加速度引起的附加質(zhì)量力和振動速度引起的粘性阻力的深水立管的時域渦激升力確定方法，使計算結(jié)果更符合渦激振動的自然規(guī)律。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種深水立管的時域渦激升力確定方法，建立的渦激升力時域模型如下
FL = ^CLpD(U-u)2 COSω[ -^CnpDv|v|-pDv
式中FL-渦激升力；
Cl-升力系數(shù)；
CD—拖曳力系數(shù)；
P —流體密度；
D—深水立管直徑；U—流速；u -深水立管順流向振動速度；v -深水立管橫流向振動速度；ω‘s--渦旋泄放頻率
權(quán)利要求
1.一種深水立管的時域渦激升力確定方法，其特征在于建立的渦激升力時域模型如下
2.如權(quán)利要求1所述的深水立管的時域渦激升力確定方法，其特征在于所述的采用迭代方法進行計算的具體步驟如下1)給定深水立管順流向振動速度、橫流向振動速度和加速度及計算時間的初值
全文摘要
本發(fā)明涉及海洋深水立管的研究方法，具體涉及一種深水立管的時域渦激升力確定方法。該方法將由深水立管橫流向振動速度和加速度產(chǎn)生的粘性阻力和附加質(zhì)量力引入了渦激升力的計算，并采用迭代方法計算時域的渦激升力，從而建立了一個完整的流固耦合時域渦激升力計算方法。由于本發(fā)明增加了深水立管振動速度和加速度產(chǎn)生的粘性阻力和附加質(zhì)量力，比現(xiàn)有方法更符合圓柱體橫流向渦激振動的受力狀態(tài)。
文檔編號G01M7/02GK102507082SQ201110291358
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉震, 孫銘遠, 黃維平 申請人:中國海洋大學(xué)