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1、设计计算 均匀流中悬空管道横向共振的数值分析 戴光， 付冰， 龙飞飞 （大庆石油学院 机械科学与工程学院， 黑龙江 大庆!“#!$） 摘要：通过交错网格系统中的 %- 79;:66?;: +6，A9B;: (6C? !“#!$， +8;:9） 3C0+%(+： -86 G;F7DF H?;C8E ;: C86 FLFC6E H FC96?6= ?;=FM NDE6?;79 =L:9E;7 E6F8，C86 FCD=L H G;F7DF H 76HH;7;6:CF 9?6 789:6= I;C8 C;E6M F HD:= C89C J89F6 789:6 9776 C86 H9; C C86 7
2、9C8 H FDFO J6:=6= J;J6 G?C6Q ;:=D76= ?6F:9:76 ;F J?6F6:C6=M D$: 2,%40： J;J6 76HH;7;6:C； J89F6 789:6 ；7?;C;79C8 长输管道穿越江河时， 由于河床受到冲刷， 管 线附近的泥沙在环境条件作用下形成局部冲蚀， 使 管道可能裸露并悬空， 形成梁式结构， 同时改变了管 线的受力状态， 引起管线断裂和疲劳破坏， 带来巨大 的经济损失。 裸露管道在水流作用下， 水动力作用强， 水流在 管道后面形成尾流区， 在一定流速时， 管道后面旋涡 发放频率可能接近管道的自振频率， 从而出现垂直 于水流的共振现象，
3、 并导致沿水流方向的振动和拖 曳力的增大， 管道两个方向的振动可产生很大的交 变应力， 使管道疲劳破坏， 管道悬空段的涡激振动是 引发水下管道疲劳失效的最主要原因之一。其中， 管道悬空段横向涡激振动的振幅远大于顺流向涡激 振动的振幅， 即横向涡激振动对疲劳失效的影响远 大于顺流向涡激振动的影响， 所以评价和控制水下 输油管道悬空段的长度， 使其避免发生横向涡激共 振是水下管道疲劳分析的一个重要课题。 已经有很多文献介绍了绕流流场计算， 但是多 数 研 究 者 试 验 计 算 的 绕 流 模 型 都 是 低 雷 诺 数 的 ! R #。本次研究模拟出了水流冲击管道时， 高雷 诺数下随时间变化的卡
4、门旋涡， 并模拟分析了管跨 发生共振时的绕流流场。 !# !数学模型 !“!控制方程 控制方程采用二维不可压粘性流体的原始变量 的 ! # “ 方程和连续方程， 其矢量方程形式如下： !# “ !$ $ （# “ # ） # “ % % “ # ! ! #， 计算流场为矩形区域， 见图 !。 均匀来流中的悬空横向振荡产生共振时， 计算 区域的网格划分与静止时相同， 计算参数设置如下： )* % 7 9 !; ,*+ % “。管道表面压强分布依赖于雷诺数。因 此， 其阻力特性也是随雷诺数而改变的。图 。由于尾流漩涡的 /0/- , 孟昭瑛， 杨树耕， 王仲捷 /水下管道涡激振动的实验研 究 9 /水利学报， /%4，（$） ： 4+ ; 0 /3/ 4 王福军 / 计算流体动力学分析 软件原理与应 用 1 /北京： 清华大学出版社， , 04/G $ 方华灿 / 油气长输管线的安全可靠性分析 1 / 北京： 石油工业出版社， , / ; + ） ， 男， 教授， 博士生导师， 通讯地址： 黑龙江省大庆石油学院机械科学与工程学院。 4+ 2RD均匀流中悬空管道横向共振的数值分析RMH,4GFM+ ,&$