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第 27 卷第 4 期海洋学研究 Vol. 27 No. 4
2 0 0 9 年 1 2 月 JOURNAL OF MARINE SCIENCES Dec . , 2 0 0 9
文章编号:1001 909X(2009) 04 0095 07
海洋立管涡激振动的研究现状、热点与展望
黄旭东1 ,张海1 ,2 ,王雪松1
(1. 天2津2城市建设学院土木工程系,天津 300384 ; 2. 天津大学建筑工程学院,天津 300072)
摘要:随着深海油气资源的开采,越来越多的研究者开始关注海洋立管的涡激振动问题。在海洋环
境下,洋流是海洋立管的涡激振动的主要原因。当洋流流经立管时会在立管的两侧产生交替的泄涡,
导致立管受到横流向和顺流向的脉动流体力。这被认为是海洋立管涡激振动的主要诱因。海洋立管
的涡激振动是一个异常复杂的工程问题,它涉及许多科学上悬而未决的难题,如紊流、流动分离、分离
点的漂移等等。此外,事先无法确定的立管的位置和立管与洋流之间的相互作用又大大增加了解决
这一问题的难度。尽管近几十年里科学界在此方面做了大量的研究工作,一个能够准确、高效、经济
地预报海洋立管涡激振动的方法仍然没有得到。即便如此,最近的研究工作依然在许多方面作出了
突出的成就。首先介绍了涡激振动的背景知识和基础理论。随后,回顾了近年来海洋立管涡激振动
方面的研究成果。接着,重点介绍了当前海洋立管涡激振动领域内的两个热点研究问题,即:在多大
程度上立管的顺流向振动能够影响立管的横流向振动,以及尾流的三维效应是如何影响立管的涡激
振动响应的。最近的研究发现,当结构与流体的质量比小于 6 时,顺流向振动能显著增大横流向振动
的振幅。最近的研究还发现,立管尾流的三维特性和立管受到流体力的轴向相关度有密切关系。随
着流动的发展(海流折合速度从 0 增加到 12) ,立管尾流的三维特性发生变化,在初期,立管尾流的三
维特性不明显,流体力的轴向相关度基本等于 1 ,也就是说,流体力和立管的位移响应是同步的,因此
能量不断地由海流向立管转移,导致立管的振幅不断增大。当海流折合速度大于 6 时,流体力的轴向
相关度由 1 锐减到负值,此时,立管尾流的三维效应显著。最后针对今后海洋立管的涡激振动的研究
提出一些建议。
关键词:涡激振动;海洋立管;综述
中图分类号: TE53 文献标识码:A
海洋立管是深海石油生产系统的关键组成部分,
0 引言
它是联系水面平台装置和海底设备的重要通道。因
在陆地石油资源开采日渐萎缩的今天,加速开发此,准确计算出海洋立管在实际海洋环境中受到的载
海洋石油资源已经成为世界各国的共识。据不完全荷,及其在荷载作用下的动力响应,具有重要的经济
统计,世界海洋石油资源量约占全球石油资源总量的价值和社会效益。在海洋环境中,激发立管振动响应
34 % ,全球海洋石油蕴藏量约为 1 000 多亿 t ,其中已的主要因素是海流引起的涡激振动(Vortex induced
探明的储量约为 380 亿 t 。在我国 300 多万 km2 的蓝 Vibration ,V IV) 。当海流流经立管时,会在立管两侧
色国土中,约有 360 亿 t