三角分布的海洋立管涡激振动数值分析

张 猛， 刘 冉， 赵桂峰， 王军雷

(1. 郑州大学 土木工程学院， 郑州 450001； 2. 郑州大学 化工与能源学院， 郑州 450001)

海洋立管是深海油气开发系统中连接海面作业平台和海底钻采设施的关键设备，如钻井隔水套管、输液立管等，是系统中薄弱易损的构件之一[1]。当海流经过立管结构时，在立管两侧会产生交替的旋涡脱落，柱体下游的流动分离会在其尾流中产生环流，根据贝努利方程，在柱体上下侧会出现压强差，由此产生横向力，随着旋涡脱落的交替出现，上下横向力也交替产生，从而在结构表面形成周期性的脉动作用力，很容易诱发海洋立管涡激振动[2]。若流体流速增大，旋涡脱落频率接近于结构的固有频率fn时，两者会发生共振，尾涡的非定常压力就会作用在结构上，引起结构加速运动，大大增加其动能和振幅。长时间的振动极易引起海洋立管结构疲劳破坏，会对结构安全运行构成很大威胁[3]。

实际工程中，海洋立管往往不是单独存在的，常以管群的方式出现[4],如图1所示。

图1 管群结构形式

对于典型的单圆柱钝体结构，已引起学者们的广泛关注，现阶段已对单圆柱绕流及涡激振动响应进行了大量试验与数值模拟研究[5]。而当流体流过多圆柱时其流动特性要比单圆柱复杂的多，当立管彼此相互靠近时，会发生流场干涉效应，这种情况下的激励诱发特性与单根立管是大不相同的。目前对管群干扰效应的研究大多数是针对双圆柱体系[6]。对于各种……