輸油懸跨管道流致振動數值模擬研究

宋 微 王素玲 姜民政 隋 旭

（東北石油大學機械科學與工程學院）

長輸管道受水流沖擊后會由于基土的流失而浮出地面，導致管體在水流沖擊下極易發生渦激共振，使管道產生疲勞破壞。 渦激共振是引發水下懸跨管道疲勞失效的最主要原因之一，有時即使管道應力、 應變處于校核的安全范圍內，但由于渦激振動的原因仍會產生破壞，因此有必要研究其響應特性，避免共振現象的發生。

要對懸跨管道的振動特性進行分析，首先要對管道自振頻率進行精確的計算。 20世紀90年代初Pantazopoulos就對管道產生渦激振動的理論及其發展進行了較為全面的介紹，他對以往學者們研究的渦激振動模型和相關試驗情況進行了介紹和總結，并利用經驗與試驗相結合的方法給出了升力系數、旋渦脫落頻率的頻帶帶寬等參數的確定方法。 俞樹榮等分析了海洋立管在流場作用下的受力特性，得到了自然頻率和陣型的模態［1］。付冉等計算了內流對管道的動力響應，結果表明橫向振動幅值明顯增大［2］。目前，國內外學者大多集中在對單向流中管道振動情況的模擬，而利用數值模擬方法對懸跨管道渦激振動特性進行研究的則較少［3，4］。

筆者基于平面波動方程和聲學振動理論，建立水下懸跨管道數值計算模型，考慮內外流體域與管道的流固耦合作用， 對比懸跨管道在干、濕模態下的振動情況，分析影響懸跨管道自振頻率的相關參數及其變化規律。

1 數學模型的建立與計算

由于水和空氣的密度不同，所以結構在水中和空氣中的自振頻率也不同且相差很大。……