基于雷诺相似的圆柱体涡激振动实验方法

摘要

目前涡激振动现象的研究在海洋立管方面尤为突出，很多学者己经通过不同的方式对海洋立管和海底管线等大长细比的柔性结构进行了涡激振动研究，其中还有包括侧重于工程应用角度的对海洋平台等结构物进行的涡激振动整体预报的相关研究，还有包括侧重于考察非流线型柱体周围的复杂流动现象、涡的生成和脱落特征方面的机理性研究.提出了一种基于雷诺相似的圆柱体涡激振动(VIV)实验方法.由于涡旋的泄放模式与雷诺数Re密切相关,因此,圆柱体涡激振动的响应取决于雷诺数Re.但是,目前圆柱体涡激振动的研究中,缩尺模型实验往往基于弗汝德相似而雷诺数不相似,因此,模型与原型的涡泄模式不同,由此可以推断,模型的涡激振动响应与原型不相似.这就意味着基于弗汝德相似准则的模型实验结果不能准确地预测原型的涡激振动响应.对基于雷诺数相似的模型与原型的涡激振动实验相似关系进行了推导,采用CFD方法对原型和3种不同相似准则条件下的缩尺模型进行了涡激振动仿真计算.结果表明,仅满足雷诺数相似的模型与原型的涡泄模式相似,这个结果与弗汝德数和雷诺数均相似的结果一致,而仅弗汝德数相似条件下,模型与原型之间的涡泄模式和尾流场完全不同,因此,二者的涡激振动特性不可能相似.