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二维圆柱绕流及涡激振动数值模拟研究开题报告

 2020-02-10 11:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

1 目的及意义

1.1 研究背景

随着社会的进步,经济的发展,人类对化石能源的需求日益增加。由于多年的过度开采致使陆地上的化石能源资源的匮乏,为解决能源危机,人们便将目光投向了资源更加丰富的海洋中。据统计,海洋中蕴含了大量的能源,世界近海海底已探明的石油可采储量为220亿吨,占世界石油探明总可采储量的24%;近海海底已探明的天然气储量为17万亿立方米,占世界天然气探明总可采储量的23%,这些促使着各国不断加大对海洋油气资源的争夺。石油等资源严重制约着我国经济社会的发展,因此中国政府高度重视海洋石油资源的开发并将其作为了战略能源,不断加大了对海洋资源的开发与投入。

立管是海洋开发过程中不可缺少的部分,起着开采、勘探、传输等重要的功能。随着我国对海洋油气资源开发的不断深入,对立管性能需求也逐步提高。尤其在深水环境中海流复杂,立管将会受到高温、高压的影响,变得尤为脆弱。诸多因素中,涡激振动是导致立管疲劳破坏最为常见的原因之一。随着开发深度的增加,海洋环境更加复杂,将会导致不同间段的立管产生不同的振动形态,涡激振动特性将更为复杂,严重影响立管的使用寿命。

在海洋工程中,涡激振动对结构的破坏非常严重,尤其是发生共振现象时。而现有的很多理论与研究对涡激振动的认知尚不完全清晰,还有紊流、流动分离、分离点漂移等问题尚待解决,因此涡激振动一直是研究的热点问题。研究涡激振动,分析不同因素对涡激振动的影响,掌握涡激振动的特性,并在工程应用中减小涡激振动对结构的损伤,有着重要意义。

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2. 研究的基本内容与方案

2 基本内容和技术方案

2.1 基本内容和目标

本文将在前人对圆柱绕流以及涡激振动研究的基础上侧重于研究二维圆柱这种经典的理想模型。并利用ansys/fluent软件对涡激振动进行二维数值模拟。论文主要包括以下几个方面的内容:

1.运用ansys和fluent软件对二维圆柱绕流和涡激振动问题进行数值模拟分析流场分布、涡的脱落形式、圆柱的升力系数及阻力系数分布、振动幅值等数据并将结果与前人研究结果进行比对分析。

2.在上述情况的基础上进行延伸与扩展。研究当二维圆柱材料改变,即当二维圆柱模型和流体质量比改变时分别对圆柱的绕流和涡激振动问题进行数值模拟。对所得到的结果进行研究和分析,并结合其他文献研究质量比不同时流场参数以及流场相应的变化规律。

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3. 研究计划与安排

3 进度安排

第 1-3 周 查阅相关资料与文献,学习圆柱绕流及涡激振动的基本理论,了解其研究现状。学习并熟悉ansys/fluent软件,完成外文翻译并提交开题报告。

第 4-5 周 熟练掌握ansys/fluent软件,构建好二维圆柱绕流计算模型并进行模拟计算。

第 6-13周 完成二维圆柱绕流数值模拟,并得到有效的结果。进行不同质量比下的涡激振动数值模拟并将结果与其他文献进行比对分析。

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4. 参考文献(12篇以上)

4 参考文献

[1] 埃米尔·希谬,风对结构的作用[m].上海:同济大学1992.

[2] 王亚玲,刘应中,缪国平.圆柱绕流的三维数值模拟[j].上海交通大学学生2001,35(10):1465-1469.

[3] 夏雪湔,邓学蓥.工程分离流动力学[m].北京:北京航空航天大学出版社,1991.

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