双自由度子母管线涡激振动数值研究

蒋昌波， 徐进， 屈科

(1.长沙理工大学 水利工程学院，湖南 长沙 410114； 2.水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，湖南 长沙 410114； 3.洞庭湖水环境治理与生态修复湖南省重点实验室，湖南 长沙 410114)

近年来，为满足海洋油气工程的需要，工程人员设计了一种新型的海底管线称为“子母管线”。其常见的布置是将2条不同直径的管线平行地捆绑为一个整体，其中直径大的母管用于传输油气，直径小的子管线用来安装监测、通信设施或传输置换介质[1]。相比传统的海底管线，这种子母管线不仅更加安全，而且可以节省大量的工程建设费用，降低时间成本[2]。子母管线的布置是工程上比较关心的问题[3]，子母管线相对位置会直接影响其水动力特性。因此对子母管线的振动特性进行系统的研究有助于确定合理的子母管线布置，为工程实践提供设计方案。

国内外的学者针对单管线和等直径双管线的水动力特性开展了系统的实验[4-6]和数值模拟研究[7-9]，但是对于不等直径双管线的振动特性研究较少。早期，学者们对子母管线的研究主要针对空间固定的管线[10]，不考虑子母管线的运动，没有系统研究子母管线的涡激振动特性。然而涡激振动是导致海底管道疲劳断裂的主要原因[1]，因此需要对子母管线的涡激振动特性进行研究。Zang等[11-12]采用实验手段研究不同布置条件下的单自由度子母管线尾涡强度和管线振幅的变化规律，分析了子母管线的布置对其涡激振动的抑制作用，找到最优的子母管线布置方案。……