内波流场中悬链线立管涡激振动数值研究❋

安万博， 郭海燕， 刘 震

(中国海洋大学工程学院， 山东 青岛 266100)

海洋立管作为海面浮式装置和海底井口的主要连接件，是海洋油气开发中的重要结构物之一。由于深海立管细长柔性和只在两端有支撑的特点，海面波浪、海流和内波等对立管的作用会对立管的工作效率和安全性有较大影响，因此必须对海洋环境下立管的动力特性进行研究。涡激振动是立管的一种重要流固耦合形式，其周期性振动和锁振时的大振幅震荡是立管疲劳损伤的重要原因。因此研究涡激振动对海洋立管结构设计和安全评估具有重要意义。

海洋内波是一种在密度稳定层化的海水内部所产生的波动，在全世界海域中内波很常见。有大量的观测资料表明中国南海海域内波活动频繁，分布范围广，振幅大。由于内波密度跃层上下流速方向相反，处于内波流场中的柱体绕流、漩涡脱落和结构与流场的耦合作用更加复杂，立管的响应也更加复杂。

对于内波和海洋立管之间的相互作用，蔡树群等[1]引入Morison公式并采用模态分析法计算孤立子内波对圆柱形桩柱作用力，发现孤立子内波对桩柱的作用力和力矩远大于表面波；程友良[2]和叶春生[3]相继采用Morison公式计算了内波作用于小直径圆柱体的作用力，得出内波在两层流体之间产生的作用力方向相反的结论，并指出最大作用力和力矩与内波振幅相关。谢皆烁等[4]用MCC理论和KdV两种理论对比分析了两层流体中大振幅、强非线性内孤立波对小直径圆柱体的作用力和力矩。……