振动与冲击2021，Vol.40Issue(2) ：15-22.DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2021.02.003

考虑附属管的实尺寸钻井隔水管系统涡激振动二维数值模拟研究

Two-dimensional numerical simulation of VIV for an actual drilling riser system considering auxiliary lines

孔腾腾 王嘉松 吴文波 许亮斌 盛磊祥 李朝玮
振动与冲击2021，Vol.40Issue(2) ：15-22.DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2021.02.003
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考虑附属管的实尺寸钻井隔水管系统涡激振动二维数值模拟研究

Two-dimensional numerical simulation of VIV for an actual drilling riser system considering auxiliary lines

孔腾腾 1王嘉松 1吴文波 2许亮斌 3盛磊祥 3李朝玮3
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作者信息

  • 1. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院,上海 200240
  • 2. 广州大学 机械与电气工程学院,广州 510006
  • 3. 中海油研究总院有限责任公司,北京 100028
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摘要

实际钻井隔水管通常含6根附属管线,近期研究表明,实际隔水管外挂的附属管线对主管有一定的流动控制效果,它是否有涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)抑制作用亟待研究,针对这一问题开展数值模拟研究.基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方程,结合k-ω湍流模型,采用二次开发的嵌入多圆柱运动求解模块的OpenFOAM求解器,对不可压缩流体进行计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)求解,再耦合结构动力学模型,进行流固耦合求解.研究了亚临界区雷诺数为20 000～85 000、典型约化速度为3～12、来流攻角为0°～330°的实尺寸钻井隔水管系统的涡激振动响应.结果表明,附属管对钻井隔水管整体的涡激振动具有抑制作用,抑制效果与来流攻角和约化速度密切相关,当来流攻角为210°和330°时抑制效果最好.隔水管系统的横流向涡激振动较为剧烈时功率谱有峰值较大的唯一主频,此时主频接近于隔水管系统的固有频率.实尺寸钻井隔水管系统的涡激振动运动轨迹有多种形式,如雨滴形、倾斜倒立雨滴形、倾斜非对称"8"字形和近似椭圆形等.

关键词

实尺寸钻井隔水管/附属管/涡激振动(VIV)/数值模拟/抑制

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基金项目

国家自然科学基金(11872250)

国家973项目课题(2015CB251203)

出版年

2021
振动与冲击
中国振动工程学会 上海交通大学 上海市振动工程学会

振动与冲击

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：0.898
ISSN：1000-3835
被引量4
参考文献量1
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