专利名称：一种深水浮筒平台的流致振荡分析方法
技术领域：
本发明涉及海洋深水浮筒平台的研究方法，具体涉及一种深水浮筒平台的流致振荡分析方法。
背景技术：
深水浮筒平台(Spar)的硬舱外壁焊有控制涡激运动的螺旋板，造成了浮筒平台横截面的几何形状不对称，且直径较大。当平台发生横流向运动(涡激运动或波浪引起的横流向运动)时，流体与平台的相对速度不再垂直于平台的运动方向，产生了攻角，从而引起横流向的升力，该升力是攻角的函数，当流速为常量时，攻角随平台横流向速度的变化而变化，因此，由攻角的形成而产生的升力和拖曳力是交变的流体力，这就造成平台运动的加剧，这种由平台自身运动而引发的往复运动被称为自激振荡。目前，浮筒平台的自激振荡没有被普遍认识，浮筒平台的流致振荡仅仅被解释为涡旋泄放引起的运动，因此，被称为涡激运动(Vortex Induced Motion，缩写为 VIM)。浮筒平台的流致振荡包括顺流向振荡和横流向振荡两个自由度的运动，两个自由度的运动中均包括涡激振荡和自激振荡两部分。顺流向振荡是由交变阻力引起的，而横流向振荡则是由交变升力引起的。因此，交变阻力包括涡旋泄放引起的脉动阻力和自激引起的交变阻力，而交变升力则包括涡激升力和自激升力。但是，目前的浮筒平台自激振荡尚没有被大家所认识，因此，浮筒平台的横流向振荡被认为是由涡旋脱落引起的涡激振荡，故而称其为涡激运动。但是，采用圆柱体涡激振动理论和方法计算得到的结果与试验结果有较大的偏差，因此，目前浮筒平台的涡激运动只能采用试验的方法来研究。但由于试验条件的限制，只能进行小比例的模型试验，但是，水的黏度和密度无法按照相似比缩尺，而只能保证弗雷德(Froude)数相似，因此，试验结果与实际情况有较大的差异。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种考虑自激振荡的深水浮筒平台的流致振荡分析方法，建立浮筒平台的交变阻力和交变升力模型，以实现浮筒平台的流致振荡分析计算。本发明的技术方案如下一种深水浮筒平台的流致振荡分析方法，分为非涡旋泄放锁定区和涡旋泄放锁定区，建立的流致振荡分析模型如下(m + ma)ii + cii + ku = FD(m + ma)v + (c + ca)v + kv = FL式中m—平台质量；ma—附加质量；C—系泊系统阻尼；Ca-附加阻尼；
k-系泊系统刚度；U—平台顺流向运动位移； -平台顺流向运动速度；U-平台顺流向运动加速度；V-平台横流向运动位移；ν —平台横流向运动速度；ν —平台横流向运动加速度；FD-交变阻力；FL—交变升力；其中，非涡旋泄放锁定区的FD计算公式如下
ιFD = -pD(U-ii){(U-u)[CD cos ω[ + (C； tan α + C;)) sec ] + Cd \U涡旋泄放锁定区的FD计算公式如下卯二全 (C/ - ii) - ii) cos 2ω[ + (C; tan α + C;)) sec α ] + C0—FL的计算公式如下FZ = - pD (U - )2 [_CL cos m'st + (CJ + Cd tan α) sec α]式中P —流体密度；D—平台直径；U—流速； -平台顺流向振动速度；ω ‘ s-涡旋泄放频率，< =2nst^-uI , st为斯特罗哈数；
ΛDCD -平均交变阻力系数；CD—拖曳力系数；Cl-涡激升力系数；C' L-自激升力系数；C' D-自激阻力系数；α —攻角；t—时间；采用迭代方法，计算规定时长内平台顺流向和横流向运动的位移、速度和加速度。进一步，如上所述的深水浮筒平台的流致振荡分析方法，其中，所述的采用迭代方法进行计算的具体步骤如下1)给定平台计算时间、顺流向位移和速度、横向位移和速度的初值tj = t0 = 0,t/p = u^ -了 0,";') = (00) = Ο,ν；0 = V^ = Ο,ν；0 =《)=0式中j-时间步数，计算开始时j = 0 ；i—迭代次数，每个时间步开始时i = 0 ；2)计算攻角
权利要求
1. 一种深水浮筒平台的流致振荡分析方法，分为非涡旋泄放锁定区和涡旋泄放锁定 区，建立的流致振荡分析模型如下
2.如权利要求1所述的深水浮筒平台的流致振荡分析方法，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)给定平台计算时间、顺流向位移和速度、横向位移和速度的初值
全文摘要
本发明涉及海洋深水浮筒平台的研究方法，具体涉及一种深水浮筒平台的流致振荡分析方法。该方法同时考虑涡旋泄放产生的涡激振荡和由此而引起的自激振荡，并考虑了涡旋泄放锁定区和非锁定区脉动拖曳力的不同性质，提出了基于数学模型的浮筒平台流致振荡分析具体计算步骤，完善了浮筒平台流致振荡研究的理论和数值分析方法。
文档编号G01M7/06GK102507122SQ201110380049
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者周阳, 孙希, 段金龙, 范杰利, 黄维平 申请人:中国海洋大学