摘要：深海悬垂取水管的设计趋向于大直径、高内流流速,内流对取水管振动特性的影响不可忽略,分析内部流动引起的管道动态失稳行为以及评估失稳临界流速具有重要工程意义。基于小尺度模型试验,研究内流对深海悬垂取水管道振动特性的影响规律,结果表明:随着内流流速增加,取水管模型会发生动态失稳行为,表现为一种间歇性的近周期运动,该运动主要由管道一阶弯曲模态引起的不稳定性诱导。管道材料、顶端连接方式及底部配重块均影响其动态稳定性,顶端固定连接时质量比小的管道更易发生动态失稳;顶端变为铰接时,质量比大的管道失稳临界流速变小,质量比小的管道失稳临界流速变大。相比顶端边界条件,底部配重块对管道失稳临界流速影响不显著但可以减小其振动幅值。

摘要：研究内外流对大直径、内流流速高的深海悬垂取水管道动态响应的影响,对实际工程中的取水管道应用提供参考。基于小尺度模型试验,分析内外流作用下管道的动力响应特性,以及顶部连接方式和底部配重块对其响应的影响规律。结果表明:涡激振动响应的主导模态和主导频率主要取决于外流流速,内流流速的变化对主振频率无明显影响,但会增加管道向高阶模态转换的趋势。外流增加会导致P1管道的振动响应从单一模态转向多模态参与,且涡流脱落与固有频率之间的“锁定”和模态转换现象更明显。当存在外流时,管道的位移振幅大小主要受到外流流速影响。外流参与会增加运动的周期性,但随着外部流速增加,取水管道因涡激运动从单一频率的振动转变为复杂的多频率振动,导致运动周期性逐渐减弱。顶部固定的管道底部位移振幅均方根值更大。低外流流速时,管道配重显著影响了管道的振幅,特别是当配重占据管道自重的50%及以上时,振幅的变化与无集中质量时存在明显差异。研究成果在优化内外流条件下悬垂式取水管道的理论模型方面具有显著意义,可为实际深海浮式取水管道的设计与工程实施提供一定参考。

摘要：深海取水管道是一种大长细比、高内流流速的悬垂吸液管道,模拟取水管的真实工作状态,研究在内外流作用下的管道动力性能十分必要。基于小尺度模型试验,研究内外流对管道的动力特性影响。结果表明:大部分工况下,内外流共同作用引起的管道振动幅度和频率主要受外流影响;内外流共同作用下,内流流速增加会导致位移振动主频略微降低,顶部张力增加,管道应变响应减小,但其对振动的应变主导阶数影响较小;管道顶部连接方式、底部配重、浸没水深都会影响管道在内外流作用下的涡激振动特性,即顶部铰接相较于固定连接更容易激发管道涡激振动横流向的高阶模态振动,底部配重在小外流流速下会使管道振动幅值降低,在大外流流速下会使管道振动幅值增大,激发横流向高阶主导频率跃迁,浸没水深增加会使管道振动主导频率降低。研究成果可为实际工程项目中深海取水管的设计提供参考依据。