专利名称：一种深水立管的时域涡激升力确定方法
技术领域：
本发明涉及海洋深水立管的研究方法，具体涉及一种深水立管的时域涡激升力确定方法。
背景技术：
涡激升力是圆柱体受到的垂直于流体流动方向的一种交变流体荷载，是由圆柱体尾流处的涡旋泄放引起的。对于弹性圆柱体而言，涡激升力将使圆柱体产生垂直于流体流动方向的振动。而对于刚性圆柱体，涡激升力并不引起圆柱体振动。这就是说，不论圆柱体是否振动，涡激升力始终是存在的。
涡激升力的交变频率等于涡旋泄放的频率，而涡旋泄放的频率取决于流体流经圆柱体的速度大小，涡激升力的大小取决于流体流经圆柱体的速度。因此，对于刚性圆柱体来说，涡激升力的大小和频率仅仅与流体的流动速度有关。而对于弹性圆柱体，由于圆柱体本身的振动，不仅使得流体流经圆柱体的速度发生变化，而且使得流体在圆柱体的扰动下产生粘性阻力和附加质量力。因此，对于弹性圆柱体的涡激升力计算不能仅仅考虑流场的流速一个因素(传统涡激升力计算方法的缺点)，而应考虑圆柱体振动的速度和加速度。
深水立管或海底管线属于弹性圆柱体，其涡激振动为弯曲振动，因此，沿圆柱体轴向的不同位置，其振动速度和加速度是不同的。如果采用相同的涡激升力计算，则误差是可想而知的。
总体来说，现有技术存在如下缺陷
(1)没有考虑深水立管(弹性圆柱体)横流向振动的加速度效应，忽略了深水立管周围流场压力梯度产生的附加质量力。因此，计算得到的深水立管振动频率偏低；
(2)没有考虑深水立管横流向振动的速度效应，忽略了深水立管与流体相对速度变化引起的粘性阻力，因此，计算结果偏小。发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种考虑深水立管横流向振动加速度引起的附加质量力和振动速度引起的粘性阻力的深水立管的时域涡激升力确定方法，使计算结果更符合涡激振动的自然规律。
本发明的技术方案如下一种深水立管的时域涡激升力确定方法，建立的涡激升力时域模型如下
FL = ^CLpD(U-u)2 COSω[ -^CnpDv|v|-pDv
式中FL-涡激升力；
Cl-升力系数；
CD—拖曳力系数；
P —流体密度；
D—深水立管直径；U—流速；u -深水立管顺流向振动速度；v -深水立管横流向振动速度；ω‘s--涡旋泄放频率
权利要求
1.一种深水立管的时域涡激升力确定方法，其特征在于建立的涡激升力时域模型如下
2.如权利要求1所述的深水立管的时域涡激升力确定方法，其特征在于所述的采用迭代方法进行计算的具体步骤如下1)给定深水立管顺流向振动速度、横流向振动速度和加速度及计算时间的初值
全文摘要
本发明涉及海洋深水立管的研究方法，具体涉及一种深水立管的时域涡激升力确定方法。该方法将由深水立管横流向振动速度和加速度产生的粘性阻力和附加质量力引入了涡激升力的计算，并采用迭代方法计算时域的涡激升力，从而建立了一个完整的流固耦合时域涡激升力计算方法。由于本发明增加了深水立管振动速度和加速度产生的粘性阻力和附加质量力，比现有方法更符合圆柱体横流向涡激振动的受力状态。
文档编号G01M7/02GK102507082SQ201110291358
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者刘震, 孙铭远, 黄维平 申请人:中国海洋大学