CN102323023A - 实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型 - Google Patents

实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型 Download PDF

Info

Publication number
CN102323023A
CN102323023A CN201110143648A CN201110143648A CN102323023A CN 102323023 A CN102323023 A CN 102323023A CN 201110143648 A CN201110143648 A CN 201110143648A CN 201110143648 A CN201110143648 A CN 201110143648A CN 102323023 A CN102323023 A CN 102323023A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
induced vibration
riser model
pipe
reynolds number
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201110143648A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102323023B (zh
Inventor
付世晓
李曼
李鲤
周青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN 201110143648 priority Critical patent/CN102323023B/zh
Publication of CN102323023A publication Critical patent/CN102323023A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102323023B publication Critical patent/CN102323023B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

一种海洋工程技术领域的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，光纤光栅传感组件、连接管、热缩管、若干个扩径管和光滑管，其中：光纤光栅传感组件与连接管的表面连接，热缩管包裹在连接管外，若干个扩径管套接在热缩管外且依次串联连接，光滑管包裹在扩径管外。本发明能够能承受较高流速、能激发高阶模态涡激振动且测量数据真实可靠。

Description

实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型
技术领域
本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型。
背景技术
根据流体力学知识，将柱状结构物置于一定速度的来流当中，其两侧会发生交替泻涡。与漩涡的生成和泻放相关联，柱体会受到横向和流向的脉动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，那么脉动流体力会引发柱体的振动，柱体的振动反过来又会改变其尾流结构。这种流体结构物相互作用的问题称为涡激振动。例如在海流的作用下，悬置于海中的海洋平台立管、拖缆、海底管线、spar平台的浮筒、系泊缆索等柔性管件上会出现涡激振动现象，将会导致柔性管件的疲劳破坏。
目前为止，对柔性管件涡激振动现象的研究最重要的方法之一就是模型试验方法。试验中为了模拟接近于自然界中的真实立管的涡激振动现象，保证测试数据的可靠性和实用性，必须采用先进工艺制作的立管模型。
经过对现有技术文献的检索发现，目前的涡激振动立管模型一般采用玻璃钢材料或金属材料制作，测量立管模型运动一般用加速度计，测量涡激振动产生的应变一般采用电阻应变片。在2005年第21期《Journal of Fluids and Structures》杂志中的论文“Experiment investigationof vortex-induced vibration of Long risers”(细长立管涡激振动响应的实验研究)是关于柔性管件涡激振动实验研究的，文中提到了一种柔性管件涡激振动模型，该立管模型外径为27mm，采用玻璃钢材料制作，用布置在立管表面的加速度传感器来测量立管的运动，在立管壁上布置光栅测量立管的应变量。经分析，该立管模型制作技术的不足之处在于：1.立管模型的直径很小，难以有效的进行实雷诺数下的涡激振动测试，尺度效应明显。2.玻璃钢具有各向异性的特性，并不适于使用光纤光栅传感器。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，该结构能够能承受较高流速、能激发高阶模态涡激振动且测量数据真实可靠。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：光纤光栅传感组件、连接管、热缩管、若干个扩径管和光滑管，其中：光纤光栅传感组件与连接管的表面连接，热缩管包裹在连接管外，若干个扩径管套接在热缩管外且依次串联连接，光滑管包裹在扩径管外。
所述的光纤光栅传感组件由四根防水封装的光纤串组成，每根光纤串沿立管模型轴向排布且与立管模型表面连接。
所述的光纤串包括：若干个光栅应变片和连接光纤，其中：若干个光栅应变片均匀分布于连接光纤上且光栅应变片与立管管口不接触。
所述的热缩管的内径与连接管的外径相同，热缩管的外径与扩径管的内径相同。
所述的扩径管由两个中空半圆柱体套管组成，该套管的两个剖面分别设有凹槽和凸缘且凹槽和凸缘的形状相适配。两个半圆柱体套管通过凹槽和凸缘扣在一起组成扩径管。该扩径管增大了立管模型外径，使立管模型外径接近实际立管外径。
所述的扩径管的外径与光滑管的内径相同。
本发明的外径与实际立管接近，能够进行实雷诺数下的涡激振动测试，避免尺度效应。本发明采用扩径管增大立管模型外径，仅贡献很小的的刚度，因此能够激发出较高模态的涡激振动。本发明的连接管能够提供较强的刚度，因此能够承受较高的流速。本发明由于光纤光栅应变传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗干扰的特点，同根光纤上能够制作多个光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器粘贴在立管模型表面几乎不改变立管特性，因此测得的应变数据真实可靠。
附图说明
图1(a)本发明的侧视图。
图1(b)本发明的主视图。
图2为本发明的立体图。
图3为光纤光栅传感组件结构示意图。
图4为扩径管的套管结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1和图2所示，本实施例包括：光纤光栅传感组件1、连接管2、热缩管3、若干个扩径管4和光滑管5，其中：光纤光栅传感组件1与连接管2的表面连接，热缩管3包裹在连接有光纤光栅传感组件1的连接管2外，若干个扩径管4套接在热缩管3外且依次串联连接，光滑管5包裹在若干个扩径管4外。
如图3所示，所述的光纤光栅传感组件1由四根光纤串6组成，每根光纤串6沿立管模型轴向排布且与立管模型表面连接，光纤串6采用防水封装方法封装。
所述的光纤串6包括：若干个光栅应变片7和连接光纤8，其中：若干个光栅应变片7均匀分布于连接光纤8上且光栅应变片7与立管管口不接触。
所述的光栅应变片8采用表面安装式应变计。
所述的连接管2的材料采用合金材料。
所述的热缩管3的内径与连接管2的外径相同，热缩管3的外径与扩径管4的内径相同，该热缩管3的材料采用聚乙烯。
如图4所示，所述的扩径管4由两个中空半圆柱体套管组成，该套管的两个剖面分别设有凹槽10和凸缘11且凹槽10和凸缘11的形状相适配。两个半圆柱体套管通过凹槽10和凸缘11扣在一起组成扩径管4。所述的扩径管4的外径与光滑管5的内径相同。该扩径管4增大了立管模型外径，使立管模型外径接近实际立管外径。
所述的扩径管4的材料采用精对苯二甲酸。
如图1和图2所示，所述的光滑管的外径等于实际立管的直径，该光滑管5的材料采用天然橡胶。
本发明的外径与实际立管接近，能够进行实雷诺数下的涡激振动测试，避免尺度效应。本发明采用扩径管4增大立管模型外径，仅贡献很小的的刚度，因此能够激发出较高模态的涡激振动。本发明的连接管2能够提供较强的刚度，因此能够承受较高的流速。本发明由于光栅应变片7具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗干扰的特点，同根光纤上能够制作多个光栅应变片7，光栅应变片7粘贴在立管模型表面几乎不改变立管特性，因此测得的应变数据真实可靠。

Claims (6)

1.一种实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征在于，包括：光纤光栅传感组件、连接管、热缩管、若干个扩径管和光滑管，其中：光纤光栅传感组件与连接管的表面连接，热缩管包裹在连接管外，若干个扩径管套接在热缩管外且依次串联连接，光滑管包裹在扩径管外。
2.根据权利要求1所述的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征是，所述的光纤光栅传感组件由四根防水封装的光纤串组成，每根光纤串沿立管模型轴向排布且与立管模型表面连接。
3.根据权利要求2所述的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征是，所述的光纤串包括：若干个光栅应变片和连接光纤，其中：若干个光栅应变片均匀分布于连接光纤上且光栅应变片与立管管口不接触。
4.根据权利要求1所述的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征是，所述的热缩管的内径与连接管的外径相同，热缩管的外径与扩径管的内径相同。
5.根据权利要求1所述的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征是，所述的扩径管由两个中空半圆柱体套管组成，该套管的两个剖面分别设有凹槽和凸缘且凹槽和凸缘的形状相适配。
6.根据权利要求1所述的实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型，其特征是，所述的扩径管的外径与光滑管的内径相同。
CN 201110143648 2011-05-31 2011-05-31 实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型 Active CN102323023B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110143648 CN102323023B (zh) 2011-05-31 2011-05-31 实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110143648 CN102323023B (zh) 2011-05-31 2011-05-31 实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102323023A true CN102323023A (zh) 2012-01-18
CN102323023B CN102323023B (zh) 2013-11-06

Family

ID=45450812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110143648 Active CN102323023B (zh) 2011-05-31 2011-05-31 实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102323023B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636326A (zh) * 2012-04-10 2012-08-15 中国海洋大学 一种深水立管尾流振动试验方法
CN102944372A (zh) * 2012-11-13 2013-02-27 中国海洋大学 基于雷诺数相似的圆柱体涡激振动试验方法
CN104990680A (zh) * 2015-07-09 2015-10-21 天津大学 一种海洋立管涡激振动抑制试验管道模型及其制作方法
CN113504021A (zh) * 2021-05-27 2021-10-15 上海交通大学 涡激振动实验超柔性立管模型
CN115200826A (zh) * 2022-09-16 2022-10-18 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 背负式进气小展弦比飞翼布局的背风涡破裂迎角修正方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1484056A (zh) * 2002-09-19 2004-03-24 欧进萍 纤维增强塑料－光纤光栅复合传感筋
CN101368978A (zh) * 2008-10-07 2009-02-18 哈尔滨工程大学 双芯光纤集成式加速度计及测量方法
CN201535705U (zh) * 2009-04-23 2010-07-28 大连理工大学 光纤光栅管道应力箍
CN101876584A (zh) * 2009-11-18 2010-11-03 中国海洋石油总公司 深海细长柔性立管涡激振动实验的立管模型端部固定装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1484056A (zh) * 2002-09-19 2004-03-24 欧进萍 纤维增强塑料－光纤光栅复合传感筋
CN101368978A (zh) * 2008-10-07 2009-02-18 哈尔滨工程大学 双芯光纤集成式加速度计及测量方法
CN201535705U (zh) * 2009-04-23 2010-07-28 大连理工大学 光纤光栅管道应力箍
CN101876584A (zh) * 2009-11-18 2010-11-03 中国海洋石油总公司 深海细长柔性立管涡激振动实验的立管模型端部固定装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636326A (zh) * 2012-04-10 2012-08-15 中国海洋大学 一种深水立管尾流振动试验方法
CN102636326B (zh) * 2012-04-10 2015-04-22 中国海洋大学 一种深水立管尾流振动试验方法
CN102944372A (zh) * 2012-11-13 2013-02-27 中国海洋大学 基于雷诺数相似的圆柱体涡激振动试验方法
CN102944372B (zh) * 2012-11-13 2015-04-22 中国海洋大学 基于雷诺数相似的圆柱体涡激振动试验方法
CN104990680A (zh) * 2015-07-09 2015-10-21 天津大学 一种海洋立管涡激振动抑制试验管道模型及其制作方法
CN113504021A (zh) * 2021-05-27 2021-10-15 上海交通大学 涡激振动实验超柔性立管模型
CN113504021B (zh) * 2021-05-27 2022-12-09 上海交通大学 涡激振动实验超柔性立管模型
CN115200826A (zh) * 2022-09-16 2022-10-18 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 背负式进气小展弦比飞翼布局的背风涡破裂迎角修正方法
CN115200826B (zh) * 2022-09-16 2022-11-15 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 背负式进气小展弦比飞翼布局的背风涡破裂迎角修正方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102323023B (zh) 2013-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102323023B (zh) 实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型
CN102323024A (zh) 深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统
US20210199535A1 (en) Test device for simulating longitudinal-lateral-torsional coupled nonlinear vibration of drill string of deepwater riserless drilling and method therefor
CN202033164U (zh) 一种海底管道均匀流涡激振动模拟试验装置
CN102313636B (zh) 阶梯流下顶端可运动深海立管模型涡激振动模拟试验装置
CN102109405B (zh) 双向剪切流和双向阶梯剪切流下立管的涡激振动测试装置
CN102072805B (zh) 阶梯剪切流下斜置立管的涡激振动旋转测试装置
CN102053001B (zh) 均匀流和阶梯均匀流下竖置立管的涡激振动旋转测试装置
CN102147321A (zh) 一种海底管道均匀流涡激振动模拟试验装置
CN102410918B (zh) 均匀流下顶端可运动深海立管模型涡激振动模拟试验装置
CN102053000B (zh) 剪切流下斜置立管的涡激振动旋转测试装置
BRPI0618533A2 (pt) sistema, e, método para calcular um nìvel de tração dinámica em uma pluralidade de pontos ao longo de um comprimento de uma estrutura
CN103994757A (zh) 一种往复式海洋微结构剖面仪
CN104034317A (zh) 往复式海洋微结构剖面仪的探测方法
CN102279085A (zh) 均匀流下受预张力的深海立管列阵模型涡激模拟试验装置
CN102305696A (zh) 阶梯流下顶部可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置
CN102012306A (zh) 双向剪切流下斜置立管的涡激振动旋转测试装置
CN102410920B (zh) 阶梯剪切流下顶部可运动斜置立管涡激振动旋转测试装置
ATE500467T1 (de) Vorrichtung zur messung der bewegung einer verformbaren unterwasserpipeline
CN102288376B (zh) 均匀流和阶梯流下顶部可运动竖置立管涡激振动旋转装置
Fu et al. Experimental investigation on VIV of the flexible model under full scale Re number
CN102305697B (zh) 均匀流下顶端可运动深海立管列阵模型涡激振动试验装置
CN102323026B (zh) 阶梯流下受预张力的深海立管模型涡激振动模拟试验装置
CN102323025B (zh) 均匀流下受预张力的深海立管模型涡激振动模拟试验装置
CN108491615B (zh) 一种三层顶张式立管动力响应的有限元分析方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant