Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hiểu biết về đặc tính rung động do xoáy gây ra của một ống dẫn biển dạng mềm dài bằng phương pháp liên kết cấu trúc - dòng chảy theo hai chiều
Tóm tắt
Một phương pháp liên kết cấu trúc - dòng chảy theo hai chiều đã được phát triển để hiểu một cách toàn diện các đặc tính rung động do xoáy gây ra (VIV) của một ống dẫn biển dạng mềm 3D. Bằng cách nghiên cứu các đặc tính VIV của ống dẫn 3D trong các điều kiện dòng chảy khác nhau và phân tích các đặc điểm cấu trúc của phản ứng của ống dẫn, nghiên cứu này đã thành công trong việc ghi lại hiện tượng chuyển đổi giữa các chế độ rung động thứ tự liền kề và các đặc điểm của một "sóng lan truyền" và một "sóng đứng" ở cả hai đầu của ống dẫn mà không thể có được từ các nghiên cứu VIV 2D. Phân tích tần số của các đặc tính phản ứng rung động cấu trúc cho thấy ống dẫn mềm 3D có hiện tượng rung đa tần số và các đặc tính phản ứng rung rõ rệt trong điều kiện dòng chảy tốc độ cao. Nghiên cứu này đã phân biệt các hình thức xoáy tại các vị trí khác nhau của ống dẫn, tức là, ở giữa ống dẫn, chủ yếu xảy ra các hình thức "2P" hoặc "P + S" và ở hai đầu của ống dẫn, chủ yếu xuất hiện hình thức "2S". Sau khi phân tích so sánh các hình thức xoáy của chế độ chảy của ống dẫn trong các điều kiện tốc độ dòng chảy khác nhau, nghiên cứu này đã xác định rằng dưới vận tốc dòng chảy thấp, ống dẫn chỉ thể hiện hiệu ứng 3D một cách nhẹ nhàng, trong khi dưới vận tốc dòng chảy cao, ống dẫn cho thấy hiệu ứng 3D mạnh mẽ.
Từ khóa
#rung động #cấu trúc #dòng chảy #ống dẫn biển #xoáy #VIV #sóng lan truyền #sóng đứng #hiệu ứng 3DTài liệu tham khảo
Sarpkaya T (2004) A critical review of the intrinsic nature of vortex-induced vibrations. J Fluids Struct 19:389–447
Williamson CHK, Govardhan RN (2004) Vortex-induced vibrations. Annu Rev Fluid Mech 36:413–455
Williamson CHK, Govardhan RN (2008) A brief review of recent results in vortex-induced vibrations. J Wind Eng Ind Aerodyn 96:713–735
Khalak A, Williamson CHK (1996) Dynamics of a hydroelastic cylinder with very low mass and damping. J Fluids Struct 10:455–472
Bearman PW (2003) Vortex shedding from oscillating bluff bodies. Annu Rev Fluid Mech 16:195–222
Jeon D, Gharib M (2001) On circular cylinders undergoing two-degree-of-freedom forced motions. J Fluids Struct 15:533–541
Jauvtis N, Williamson CHK (2004) The effect of two degrees of freedom on vortex-induced vibration at low mass and damping. J Fluid Mech 509:23–62
Guilmineau E, Queutey P (2004) Numerical simulation of vortex-induced vibration of a circular cylinder with low mass-damping in a turbulent flow. J Fluids Struct 19:449–466
Placzek A, Sigrist JF, Hamdouni A (2009) Numerical simulation of an oscillating cylinder in a cross-flow at low Reynolds number: forced and free oscillations. Comput Fluids 38:80–100
Bao Y, Huang C, Zhou D, Tu JH, Han ZL (2012) Two-degree-of-freedom flow-induced vibrations on isolated and tandem cylinders with varying natural frequency ratios. J Fluids Struct 35:50–75
Kang Z, Jia LS (2013) An experimental investigation of one-and two-degree of freedom VIV of cylinders. Acta Mech Sin 29:284–293
Wang XK, Wang C, Li YL, Tan SK (2017) Flow patterns of a low mass-damping cylinder undergoing vortex-induced vibration: transition from initial branch and upper branch. Appl Ocean Res 62:89–99
Han X, Lin W, Tang Y, Zhao C, Sammut K (2015) Effects of natural frequency ratio on vortex-induced vibration of a cylindrical structure. Comput Fluids 10:62–76
Han X, Lin W, Zhang X, Tang Y, Zhao C (2016) Two degree of freedom flow-induced vibration of cylindrical structures in marine environments: frequency ratio effects. J Mar Sci Technol 21:1–14
Han X, Zhang X, Tang Y, Qiu A, Lin W, Zhao C (2017) Dynamic mechanism of phase differences in one degree-of-freedom vortex-induced vibration of a cylindrical structure. J Eng Marit Environ. https://doi.org/10.1177/1475090217717356
Lie H, Larsen C M, Vandiver JK (1997) Vortex induced vibrations of long marine risers; model test in a rotating rig. In: The 16th international conference on offshore mechanics and arctic engineering
Lie H, Kaasen KE (2006) Modal analysis of measurements from a large-scale VIV model test of a riser in linearly sheared flow. J Fluids Struct 22:557–575
Wilde D, Wilde JJD, Huijsmans RHM (2004) Laboratory investigation of long riser VIV response. In: The 14th international offshore and polar engineering conference
Tognarelli MA, Slocum ST, Frank WR, Campbell RB (2004) VIV response of a long flexible cylinder in uniform and linearly sheared currents. In: The offshore technology conference
Chaplin JR, Bearman PW, Cheng Y et al (2005) Blind predictions of laboratory measurements of vortex-induced vibrations of a tension riser. J Fluids Struct 21:25–40
Ge F, Long X, Wang L, Hong YS (2009) Flow-induced vibrations of long circular cylinders modeled by coupled nonlinear oscillators. Sci China 52:1086–1093
Trim AD, Braaten H, Lie H, Tognarelli M (2005) Experimental investigation of vortex-induced vibration of long marine risers. J Fluids Struct 21:335–361
Srinil N (2011) Analysis and prediction of vortex-induced vibrations of variable-tension vertical risers in linearly sheared currents. Appl Ocean Res 33:41–53
Thorsen MJ, Sævik S, Larsen CM (2014) A simplified method for time domain simulation of cross-flow vortex-induced vibrations. J Fluids Struct 49:135–148
Thorsen MJ, Sævik S, Larsen CM (2015) Fatigue damage from time domain simulation of combined in-line and cross-flow vortex-induced vibrations. Mar Struct 41:200–222
Xue H, Wang K, Tang W (2015) A practical approach to predicting cross-flow and in-line VIV response for deepwater risers. Appl Ocean Res 52:92–101
Larsen CM, Halse KH (1997) Comparison of models for vortex induced vibrations of slender marine structures. Mar Struct 10:413–441
Shulz KW, Meling TS (2004) Multi-strip numerical analysis for flexible riser response. OMAE
Willden RHJ, Graham JMR (2004) Multi-modal vortex-induced vibrations of a vertical riser pipe subject to a uniform current profile. Eur J Mech B Fluids 23:209–218
Willden RHJ, Graham JMR (2005) CFD simulations of the vortex-induced vibrations of model riser pipes. OMAE
Willden RHJ, Graham JMR (2001) Numerical prediction of VIV on long flexible circular cylinders. J Fluids Struct 15:659–669
Yamamoto CT, Fregonesi RA, Meneghini JR, Saltara F (2002) Numerical simulation of the flow around flexible cylinders. OMAE
Hover FS, Davis JT, Triantafyllou MS (2004) Three-dimensionality of mode transition in vortex-induced vibrations of a circular cylinder. Eur J Mech B Fluids 23:29–40
Constantinides Y, Oakley OH, Holmes S (2007) CFD high L/D riser modeling study. In: ASME 2007 26th international conference on offshore mechanics and arctic engineering. American Society of Mechanical Engineers, pp 715–722
Holmes S, Oakley OH, Constantinides Y (2006) Simulation of riser VIV using fully three dimensional CFD simulations. In: 25th international conference on offshore mechanics and arctic engineering. American Society of Mechanical Engineers, pp 563–570
Xie F, Deng J, Zheng Y (2011) Multi-mode of vortex-induced vibration of a flexible circular cylinder. J Hydrodyn 23:483–490
Huang K, Chen HC, Chen CR (2010) Vertical riser VIV simulation in uniform current. J Offshore Mech Arct Eng 132:395–405
Huang K, Chen HC, Chen CR (2012) Vertical riser VIV simulation in sheared current. Int J Offshore Polar Eng 22:1369–1376
Bourguet R, Karniadakis GE, Triantafyllou MS (2011) Lock-in of the vortex-induced vibrations of a long tensioned beam in shear flow. J Fluids Struct 27:838–847
Bourguet R, Lucor D, Triantafyllou MS (2012) Mono- and multi-frequency vortex-induced vibrations of a long tensioned beam in shear flow. J Fluids Struct 32:52–64
Bourguet R, Karniadakis GE, Triantafyllou MS (2013) Multi-frequency vortex-induced vibrations of a long tensioned beam in linear and exponential shear flows. J Fluids Struct 41:33–42
Bourguet R, Karniadakis GE, Triantafyllou MS (2013) Phasing mechanisms between the in-line and cross-flow vortex-induced vibrations of a long tensioned beam in shear flow. Comput Struct 122:155–163
Benhamadouche S, Laurence D (2003) LES, coarse LES, and transient RANS comparisons on the flow across a tube bundle. Int J Heat Fluid Flow 24:470–479
Nicoud F, Ducros F (1999) Subgrid-scale stress modelling based on the square of the velocity gradient tensor. Flow Turbul Combust 62:183–200
Hinze JO (1975) Turbulence. McGraw-Hill Publishing Co., New York
Smagorinsky J (1963) General circulation experiments with the primitive equations. Mon Weather Rev 91:99–164
Feng Z, Jiang N, Zang F et al (2016) Nonlinear characteristics analysis of vortex-induced vibration for a three-dimensional flexible tube. Commun Nonlinear Sci Numer Simul 34:1–11
Sanaati B, Kato N (2013) Vortex-induced vibration (VIV) dynamics of a tensioned flexible cylinder subjected to uniform cross-flow. J Mar Sci Technol 18:247–261
Kang Z, Jia L (2013) An experiment study of a cylinder’s two degree of freedom VIV trajectories. Ocean Eng 70:129–140