渦激振動
編輯在流體動力學,渦激振動(VIV)是誘導的運動機構與外部相互作用的流體流動,通過產生的-或產生運動-?周期性凹凸上該流程。
一個典型的例子是水下圓筒的VIV。通過將圓柱體放入水中(游泳池、甚至是水桶)并沿垂直于其軸線的方向在水中移動,您可以看到這種情況。由于實際流體始終呈現某種粘度,因此圓柱體周圍的流動在與圓柱體表面接觸時會變慢,從而形成所謂的邊界層。但是,在某些時候,該邊界層可能會由于其過度彎曲而與主體分離。然后形成渦流,改變沿表面的壓力分布。當渦流在身體周圍(相對于其中平面)不對稱形成時,不同的升力在身體的兩側發展,從而導致橫向于流動的運動。該運動以導致有限的運動幅度的方式改變了渦旋形成的性質(與通常的共振情況不同)。
從電纜到熱交換器管陣列,VIV體現在許多不同的工程領域。這也是海洋結構設計中的主要考慮因素。因此,對VIV的研究是許多學科的一部分,包括流體力學、結構力學、振動、計算流體力學(CFD)、聲學、統計學和智能材料。
動機
編輯它們在許多工程情況下都會發生,例如橋梁、煙囪、傳輸線、飛機控制面、近海結構、熱井、發動機、熱交換器、船舶電纜、拖曳電纜、石油生產中的鉆井和生產立管、系泊電纜、系泊結構、系留結構、浮力和翼殼、管道、電纜敷設、夾套結構的成員以及其他流體動力和水聲應用。對長圓柱形構件的最新興趣來自于1000 m或更大深度的碳氫化合物資源的開發。
渦激振動(VIV)是海上石油勘探鉆井、出口、生產立管(包括鋼懸鏈立管(SCR)和張緊腿平臺(TLP)肌腱或系繩)疲勞損壞的重要來源。這些細長的結構同時經歷電流流動和頂端容器運動,這兩者都會引起流動結構的相對運動并引起VIV。
流體力學中的經典開式流動問題之一是圍繞圓柱體或更通常是鈍體的流動。在非常低的雷諾數(基于圓形構件的直徑)下,所得流的流線是完全對稱的,這是勢能理論所期望的。但是,隨著雷諾數的增加,流量變得不對稱,出現了所謂的卡爾曼渦街。可以利用由于渦流脫落而產生的氣缸的運動來產生電能。
鎖定范圍
編輯在廣泛的流速范圍內,氣缸的斯特勞哈爾數為0.2。當渦旋脫落頻率變得接近結構的固有振動頻率時,就會發生鎖定現象。當這種情況發生時,可能會導致破壞性的振動。
當前狀態
編輯在過去的十年中,盡管在低雷諾數體系中,在理解VIV?的運動學(動力學)方面,在數值和實驗上都取得了很大的進步。這樣做的根本原因是,VIV不是疊加在平均穩定運動上的小擾動。它是一種固有的非線性,自我控制或自我調節的多自由度現象。它具有非穩態流動特征,表現為存在兩個非穩態剪切層和大型結構。
在經驗/描述性知識領域有很多已知和理解的內容,其中包括:主要的響應頻率,歸一化速度的范圍,相角的變化(力導致位移的方向)和響應幅度在同步范圍內,取決于控制和影響參數,工業應用突出了我們無法預測流體-結構相互作用的動態響應。他們繼續要求輸入升力系數(或橫向力)、串聯阻力系數、相關長度、阻尼系數、相對粗糙度、剪切力、波動和電流的同相和異相分量以及其他控制和影響參數,因此也需要輸入相對較大的安全系數。基礎研究以及大規模實驗(當這些結果在公開文獻中傳播時)將為量化結構響應與控制和影響參數之間的關系提供必要的理解。
內容由匿名用戶提供,本內容不代表www.gelinmeiz.com立場,內容投訴舉報請聯系www.gelinmeiz.com客服。如若轉載,請注明出處:http://www.gelinmeiz.com/113760/