附加分离盘控制隔水管涡激振动的高分辨率数值模拟研究

摘要

涡激振动可能导致海洋深水隔水管疲劳破坏，如何有效抑制隔水管涡激振动现象，正引起国内外相关科学与工程界的高度关注。本研究提出在隔水管背流面附加分离盘技术，利用计算流体力学研究不同尺寸分离盘控制隔水管涡激振动的效果。采用新建立的不可压缩流有限体积TVD算法，计算分离盘长与隔水管直径之比，L/D=0～2在几种典型情况下的隔水管系统当雷诺数为1000时的关键水动力学参数。与经典圆柱绕流的实验及数值模拟结果对比表明该算法具有很高的精度;分离盘对隔水管具有明显的升阻力及频率控制和涡系结构改变效果;当L/D=0.75～2时，会产生次生旋涡，减阻效果可达33%～38%，减升效果可达61%～65%。