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近海能源勘探开发已进入越来越深的海域。对于海上浮动钻井平台,隔水管系统是一个至关重要的部件。由于海流诱发的涡激振动(VIV)是导致隔水管疲劳损伤的主要原因。近年来,国内外学者对VIV进行了大量的研究,但是对于实际尺寸的隔水管VIV及其抑制的流固耦合(FSI)模拟非常缺乏。 本文选择k-ω湍流模型求解非稳态纳维-斯托克斯(RANS)方程并结合瞬态分析求解结构动力响应方程来模拟实尺度隔水管VIV特性及其抑制效果。首先,与经典结果对比的结果,表明吻合较好,验证了该方法的有效性;然后分别模拟了(1)长1125英尺(L=342.9 m)、直径21英寸( D=0.5334 m)的隔水管在均匀流( V=0.8 m/s)以及线性梯度流(V=0.1~1.5 m/s)条件下的VIV特性;(2)长1650英尺(L=502.92 m)、直径21英寸的隔水管在三种均匀流(V=0.1 m/s、0.5 m/s、0.8 m/s)下的VIV特性;以及(3)隔水管在预紧力、附属管、螺纹列板三种抑制措施下的VIV特性。结果表明:(1)平均速度相同的线性梯度流与均匀流下隔水管的最大变形与模态阶数相差不大,但梯度流下发生最大变形的位置比均匀流下要高一点,且梯度流下隔水管的振动更加复杂、不规则。(2)不同速度的均匀流下隔水管VIV特性不同,随着速度的增大,隔水管的变形、模态阶数等都随着增加。(3)隔水管运动轨迹会表现出变形的“8”字形,不过一般只在隔水管顺流向变形小以及隔水管振动模态阶数低的位置表现得比较明显。(4)预紧力、附属管以及螺纹列板对于隔水管VIV多个方面如隔水管的变形、隔水管振动的模态阶数等都有很好的抑制效果。同一预紧力下,来流速度越小,预紧力对隔水管涡激振动的抑制效果越好。