CN114544125B - 一种内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置及方法，装置由悬挂管模型、浮式平台系统、内流循环系统、流场监测系统、振动监测系统和数据采集终端组成。通过调节升降螺杆、滑动桁架和循环水槽出水阀改变悬挂管模型的顶张力和圆筒形浮式平台的吃水深度，调节循环水槽水泵泵频改变外流速度，调节液路阀门、气路阀门开度改变气液两相流的气液比和流量。通过声学多普勒测速仪、压力传感器、高速摄像机、粒子成像测速相机、激光位移传感器得到的流速、压力、位移和尾流场信息，分析内外流与平台耦合作用的立管振动响应规律。
Description
技术领域
本发明属于海洋浮式平台与立管流致振动实验测试技术领域，具体涉及一种内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置及方法。
背景技术
经济社会的高速发展依赖于更多的传统化石能源供给，我国油气资源对外依存度节节攀升，早已突破安全警戒线，能源安全形式不容乐观。因此，大力开发海洋油气资源是降低我国油气对外依存度的有效措施之一。浮式平台-悬链线型柔性立管系统作为深水海洋油气开采、输送的主要方式，是深水油气开发将大量采用的装备。但其所处环境复杂，一方面管内气液多相流流动会激发内流流致振动响应，另一方面在复杂的外部海流环境下，柔性立管和浮式平台也会出现振动响应，而立管的振动和浮式平台的运动又存在耦联作用，使得该系统的运动响应十分复杂，存在疲劳损伤的风险，严重时可能引发油气泄漏事故，既对海洋环境造成了不可逆转的污染，又造成了巨大的经济损失。为了减少振动对浮式平台-悬链线型柔性立管系统造成的损害，需要深入地剖析内外流耦合与浮式平台运动耦联作用下柔性立管振动响应机理。但至今尚未出现同步监测内流流型、立管振动和浮式平台运动的实验装置及方法。
发明内容
为解决背景技术所提出的问题，本发明提出一种内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置及方法。
为了实现上述目的，本发明装置采用如下技术方案：
一种内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置由悬挂管模型、浮式平台系统、内流循环系统、流场监测系统、振动监测系统和数据采集终端组成。由悬挂管模型模拟柔性立管，悬挂管模型为悬挂布置的透明软管，该透明软管外壁面沿轴向均匀标记有黑色标记点。悬挂管模型的底部固定于循环水槽底壁的中部，顶部固定连接于圆筒型浮式平台的底部。通过黑色马克笔在悬挂管模型的外壁涂覆长度为悬挂管模型内径的黑色圆环，用于悬挂管模型振动响应的监测。
浮式平台系统由圆筒形浮式平台、气垫导轨、浮式平台支撑架、升降螺杆和滑动桁架组成。圆筒形浮式平台内部开有一连接通道连接悬挂管模型顶部与波纹软管。气垫导轨由三根空气滑轨、三个空气滑块和十二根弹簧组成。三根空气滑轨呈工字形布置，每根空气滑轨中部均套装有一个空气滑块，两根平行的空气滑轨布置于循环水槽两侧的边壁且与来流方向平行，这两根空气滑轨的空气滑块之间固定连接有一根与来流方向垂直的空气滑轨，空气滑块与空气滑轨之间通有压缩空气实现空气滑块的无摩擦滑动。沿着每根空气滑轨的轴向在该空气滑轨上的空气滑块两侧上下、左右对称布置四根弹簧，实现空气滑块在空气滑轨轴向的弹性支撑运动。与来流方向平行布置的空气滑轨上的空气滑块无摩擦往复运动为圆筒形浮式平台提供了流向运动的自由度，与来流方向垂直布置的空气滑轨上的空气滑块无摩擦往复运动为圆筒形浮式平台提供了横向运动的自由度。圆筒形浮式平台固定连接在垂直于来流方向滑动的空气滑块底部，实现圆筒形浮式平台的双自由度运动。气垫导轨固定连接在浮式平台支撑架底部。浮式平台支撑架顶部中心开有一个圆孔，升降螺杆底部穿过该圆孔并由螺母限位。升降螺杆与固定于循环水槽上的滑动桁架通过螺纹连接，旋转升降螺杆顶部把柄可实现圆筒形浮式平台的升降，实现不同悬挂管模型布置高度、圆筒形浮式平台不同吃水深度条件的振动测试。
内流循环系统由供液系统和供气系统组成。供液系统由水箱、潜水泵、液路阀门、液体流量计组成，并通过输液管道依次连接。水箱内液体淹没潜水泵且水位高于潜水泵顶部，潜水泵将水箱中的液体泵入输液管道，通过液路阀门调节流量大小，由液体流量计监测流量，然后流入T形三通。供气系统由气泵、缓冲罐、气路阀门、气体流量计组成。气泵将空气泵入缓冲罐，经缓冲罐稳压后的空气经气路阀门调节和气体流量计计量后进入T形三通。液体和空气在T形三通处汇合后进入气液流汇管，并沿气液流汇管输至悬挂管模型，气液流流过悬挂管模型后从波纹软管流出，再通过管道输送至水箱，其中，空气从水箱液面上方的管道出口排入大气，液体则落入水箱由此构成内流循环回路。
流场监测系统由声学多普勒测速仪、压力传感器、激光发射器和粒子成像测速相机组成。声学多普勒测速仪布置于悬挂管模型上游，用于测量悬挂管模型所在平面的垂向外流流速剖面。压力传感器分别布置于悬挂管模型的入口和出口，用于监测不同气液流速下悬挂管模型内部的压力波动。激光发射器布置于循环水槽的正面，通过调节支撑架在悬挂管模型的不同高度位置发射出平行于循环水槽底部的激光平面，并照亮该平面内的示踪粒子。粒子成像测速相机布置于循环水槽的底部，通过捕捉激光平面内示踪粒子的运动得到不同高度位置悬挂管模型尾部的流场信息。
振动监测系统由柔性立管振动监测模块和浮式平台运动监测模块组成。柔性立管振动监测模块由放置于循环水槽正面和底部的正视高速摄像机和仰视高速摄像机组成。两台高速摄像机通过捕捉均匀分布在悬挂管模型外壁的环形黑色标记点位移得到悬挂管模型的振动响应。放置于循环水槽正面的正视高速摄像机用于捕捉悬挂管模型布置平面内的垂向和流向振动位移，此外，正视高速摄像机同时监测悬挂管模型内部的气液两相流流动情况。放置于循环水槽底部的仰视高速摄像机用于捕捉悬挂管模型在布置平面外的振动位移。浮式平台运动监测模块由浮式平台横向振动指示牌、布置于循环水槽正面的正面激光位移传感器和悬挂于圆筒形浮式平台上游的侧面激光位移传感器组成。浮式平台横向振动指示牌安装于垂直来流方向运动的空气滑块顶部，且浮式平台横向振动指示牌面向正面激光位移传感器。正面激光位移传感器发射出激光打在浮式平台横向振动指示牌上，反射回正面激光位移传感器，实现圆筒形浮式平台垂直来流方向的位移监测。悬挂于圆筒形浮式平台上游的侧面激光位移传感器将线激光打在流向运动的空气滑块上，实现圆筒形浮式平台流向位移的监测。
所述的声学多普勒测速仪、压力传感器、粒子成像测速相机、正视高速摄像机、仰视高速摄像机、正面激光位移传感器和侧面激光位移传感器均接入数据采集终端，由数据采集终端同步触发监测，压力传感器、正视高速摄像机、仰视高速摄像机、正面激光位移传感器和侧面激光位移传感器的同步监测使压力波动与气液两相流流动、悬挂管模型振动与圆筒形浮式平台运动数据同步，得到悬挂管模型在内外流与平台运动耦合下的三维振动响应结果，也得到了内外流流场及平台运动过程，用以揭示耦合响应机理。
利用所述的内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置提供一种内外流与平台耦合作用的立管振动测试方法。启动循环水槽水泵，调节泵频及循环水槽出水阀门开度，控制循环水槽中的流速和水位高度，通过声学多普勒测速仪测量上游来流速度剖面。同时打开内流循环系统的潜水泵和气泵，调节液路阀门和气路阀门，记录液体流量计和气体流量计的读数，达到测试所需的气液比及流量要求。在外部来流和内部气液两相流的共同作用下，悬挂管模型和圆筒形浮式平台将发生响应。通过压力传感器监测悬挂管模型内部气液两相流的流动压力变化，通过正视高速摄像机同步监测悬挂管模型平面内的振动位移和悬挂管模型内部气液两相流的流动情况，并由仰视高速摄像机监测悬挂管模型平面外的振动位移。在悬挂管模型不同高度位置重复启动激光发射器，通过粒子成像测速相机捕捉悬挂管模型不同高度位置的尾部流场信息。通过正面激光位移传感器监测圆筒形浮式平台横向的运动位移，由侧面激光位移传感器监测圆筒形浮式平台流向的振动位移。将数据采集终端得到的流速数据、压力数据、位移数据和尾流场信息进行处理，分析得到内外流与平台耦合作用的立管振动响应规律。保持循环水槽来流流速不变，调节液路阀门和气路阀门，测试内部气液流速对悬挂管模型振动和圆筒形浮式平台运动的影响规律。保持内流流速不变，加大循环水槽来流流速，测试圆筒形浮式平台吃水深度对悬挂管模型振动和圆筒形浮式平台运动的影响，在此基础上，调节循环水槽出水阀以使循环水槽内水位高度不变，分析外部来流流速对悬挂管模型振动和圆筒形浮式平台运动的影响。旋转升降螺杆顶部把柄，同时调节滑动桁架的位置，改变悬挂管模型的顶张力，调节循环水槽出水阀控制圆筒形浮式平台吃水深度，分析不同悬挂管模型顶张力对悬挂管模型振动和圆筒形浮式平台运动的影响。因而，利用所述的内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置可以开展变外流流速、变内流气液比及流速、变外流水深、变平台吃水深度、变悬挂管模型顶张力等多工况柔性立管振动位移及浮式平台运动测试。
本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：
1.本发明装置圆筒形浮式平台的高度可通过升降螺杆进行调节，实现不同悬挂管模型布置高度和不同圆筒形浮式平台吃水深度下的实验测试；
2.本发明装置的圆筒形浮式平台在气垫导轨和弹簧的作用下可实现双自由度无摩擦往复运动，模拟了真实浮式平台在来流作用下的运动响应；
3.本发明装置设置同步监测悬挂管平面内、平面外振动位移的功能，更好得到了悬挂管模型的三维振动特性。同时，悬挂管模型和圆筒形浮式平台位移的同步监测为更好地分析二者的耦合作用提供数据。此外，压力传感器和高速摄像机的同步触发为分析管内气液两相流流型和压力波动的关系提供了数据；
4.本发明装置同时监测了外流流速剖面、外部尾流流场、内部压力波动、内部气液两相流流型、悬挂管模型振动和圆筒形浮式平台运动等参数，实验数据丰富，能用于分析揭示内外流与平台耦合作用下的立管振动机理。
附图说明
图1为本发明装置立体结构示意图；
图2为本发明装置平台系统示意图；
图3为本发明装置平台系统拆解图；
图4为本发明装置内流循环系统示意图；
图5为本发明装置尾流场监测示意图。
其中：1、悬挂管模型；2、黑色标记点；3、压力传感器；4、气液流汇管；5、水箱；6、潜水泵；7、液路阀门；8、液体流量计；9、气泵；10、缓冲罐；11、气路阀门；12、气体流量计；13、T形三通；14、内流供给支撑台；15、圆筒形浮式平台；16、波纹软管；17、U形固定卡板；18、空气滑块；19、空气滑轨；20、弹簧；21、浮式平台支撑架；22、浮式平台横向振动指示牌；23、升降螺杆；24、滑动桁架；25、正视高速摄像机；26、高速摄像机支撑架；27、仰视高速摄像机；28、激光发射器；29、粒子成像测速相机；30、正面激光位移传感器；31、侧面激光位移传感器；32、声学多普勒测速仪；33、循环水槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。
如图1所示，一种内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置由悬挂管模型1、浮式平台系统、内流循环系统、流场监测系统、振动监测系统和数据采集终端组成。由悬挂管模型1模拟柔性立管，悬挂管模型1为悬挂布置的透明软管，该透明软管外壁面沿轴向均匀标记有黑色标记点2。悬挂管模型1的底部固定于循环水槽33底壁的中部，顶部固定连接于圆筒形浮式平台15的底部。通过黑色马克笔在悬挂管模型1的外壁涂覆长度为悬挂管模型1内径的黑色圆环，用于悬挂管模型1振动响应的监测。
如图2、图3所示，浮式平台系统由圆筒形浮式平台15、气垫导轨、浮式平台支撑架21、升降螺杆23和滑动桁架24组成。圆筒形浮式平台15内部开有一连接通道连接悬挂管模型1顶部与波纹软管16。气垫导轨由三根空气滑轨19、三个空气滑块18和十二根弹簧20组成。三根空气滑轨19呈工字形布置，每根空气滑轨19中部均套装有一个空气滑块18，两根平行的空气滑轨19布置于循环水槽33两侧的边壁且与来流方向平行，这两根空气滑轨19的空气滑块18之间固定连接有一根与来流方向垂直的空气滑轨19，空气滑块18与空气滑轨19之间通有压缩空气实现空气滑块18的无摩擦滑动。沿着每根空气滑轨19的轴向在该空气滑轨19上的空气滑块18两侧上下、左右对称布置四根弹簧20，实现空气滑块18在空气滑轨19轴向的弹性支撑运动。与来流方向平行布置的空气滑轨19上的空气滑块18无摩擦往复运动为圆筒形浮式平台15提供了流向运动的自由度，与来流方向垂直布置的空气滑轨19上的空气滑块18无摩擦往复运动为圆筒形浮式平台15提供了横向运动的自由度。圆筒形浮式平台15固定连接在垂直于来流方向滑动的空气滑块18底部，实现圆筒形浮式平台15的双自由度运动。气垫导轨固定连接在浮式平台支撑架21底部。浮式平台支撑架21顶部中心开有一个圆孔，升降螺杆23底部穿过该圆孔并由螺母限位。升降螺杆23与固定于循环水槽33上的滑动桁架24通过螺纹连接，旋转升降螺杆23顶部把柄可实现圆筒形浮式平台15的升降，实现不同悬挂管模型1布置高度、圆筒形浮式平台15不同吃水深度条件的振动测试。
如图4所示，内流循环系统由供液系统和供气系统组成。供液系统由水箱5、潜水泵6、液路阀门7、液体流量计8组成，并通过输液管道依次连接。水箱5内液体淹没潜水泵6且水位高于潜水泵6顶部，潜水泵6将水箱5中的液体泵入输液管道，通过液路阀门7调节流量大小，由液体流量计8监测流量，然后流入T形三通13。供气系统由气泵9、缓冲罐10、气路阀门11、气体流量计12组成。气泵9将空气泵入缓冲罐10，经缓冲罐10稳压后的空气经气路阀门11调节和气体流量计12计量后进入T形三通13。液体和空气在T形三通13处汇合后进入气液流汇管4，并沿气液流汇管4输至悬挂管模型1，气液流流过悬挂管模型1后从波纹软管16流出，再通过管道输送至水箱5，其中，空气从水箱5液面上方的管道出口排入大气，液体则落入水箱5由此构成内流循环回路。
如图1、图2所示，流场监测系统由声学多普勒测速仪32、压力传感器3、激光发射器28和粒子成像测速相机29组成。声学多普勒测速仪32布置于悬挂管模型1上游，用于测量悬挂管模型1所在平面的垂向外流流速剖面。压力传感器3分别布置于悬挂管模型1的入口和出口，用于监测不同气液流速下悬挂管模型1内部的压力波动。激光发射器28布置于循环水槽33的正面，通过调节支撑架在悬挂管模型1的不同高度位置发射出平行于循环水槽33底部的激光平面，并照亮该平面内的示踪粒子。粒子成像测速相机29布置于循环水槽33的底部，通过捕捉激光平面内示踪粒子的运动得到不同高度位置悬挂管模型1尾部的流场信息。
如图2、图4所示，振动监测系统由柔性立管振动监测模块和浮式平台运动监测模块组成。柔性立管振动监测模块由放置于循环水槽33正面和底部的正视高速摄像机25和仰视高速摄像机27组成。两台高速摄像机通过捕捉均匀分布在悬挂管模型1外壁的环形黑色标记点2位移得到悬挂管模型1的振动响应。放置于循环水槽33正面的正视高速摄像机25用于捕捉悬挂管模型1布置平面内的垂向和流向振动位移，此外，正视高速摄像机25同时监测悬挂管模型1内部的气液两相流流动情况。放置于循环水槽33底部的仰视高速摄像机27用于捕捉悬挂管模型1在布置平面外的振动位移。浮式平台运动监测模块由浮式平台横向振动指示牌22、布置于循环水槽33正面的正面激光位移传感器30和悬挂于圆筒形浮式平台15上游的侧面激光位移传感器31组成。浮式平台横向振动指示牌22安装于垂直来流方向运动的空气滑块18顶部，且浮式平台横向振动指示牌22面向正面激光位移传感器30。正面激光位移传感器30发射出激光打在浮式平台横向振动指示牌22上，反射回正面激光位移传感器30，实现圆筒形浮式平台15垂直来流方向的位移监测。悬挂于圆筒形浮式平台15上游的侧面激光位移传感器31将线激光打在流向运动的空气滑块18上，实现圆筒形浮式平台15流向位移的监测。
所述的声学多普勒测速仪32、压力传感器3、粒子成像测速相机29、正视高速摄像机25、仰视高速摄像机27、正面激光位移传感器30和侧面激光位移传感器31均接入数据采集终端，由数据采集终端同步触发监测，压力传感器3、正视高速摄像机25、仰视高速摄像机27、正面激光位移传感器30和侧面激光位移传感器31的同步监测使压力波动与气液两相流流动、悬挂管模型1振动与圆筒形浮式平台15运动数据同步，得到悬挂管模型1在内外流与平台运动耦合下的三维振动响应结果，也得到了内外流流场及平台运动过程，用以揭示耦合响应机理。
利用所述的内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置提供一种内外流与平台耦合作用的立管振动测试方法。启动循环水槽33水泵，调节泵频及循环水槽33出水阀门开度，控制循环水槽33中的流速和水位高度，通过声学多普勒测速仪32测量上游来流速度剖面。同时打开内流循环系统的潜水泵6和气泵9，调节液路阀门7和气路阀门11，记录液体流量计8和气体流量计12的读数，达到测试所需的气液比及流量要求。在外部来流和内部气液两相流的共同作用下，悬挂管模型1和圆筒形浮式平台15将发生响应。通过压力传感器3监测悬挂管模型1内部气液两相流的流动压力变化，通过正视高速摄像机25同步监测悬挂管模型1平面内的振动位移和悬挂管模型1内部气液两相流的流动情况，并由仰视高速摄像机27监测悬挂管模型1平面外的振动位移。在悬挂管模型1不同高度位置重复启动激光发射器28，通过粒子成像测速相机29捕捉悬挂管模型1不同高度位置的尾部流场信息。通过正面激光位移传感器30监测圆筒形浮式平台15横向的运动位移，由侧面激光位移传感器31监测圆筒形浮式平台15流向的振动位移。将数据采集终端得到的流速数据、压力数据、位移数据和尾流场信息进行处理，分析得到内外流与平台耦合作用的立管振动响应规律。保持循环水槽33来流流速不变，调节液路阀门7和气路阀门11，测试内部气液流速对悬挂管模型1振动和圆筒形浮式平台15运动的影响规律。保持内流流速不变，加大循环水槽33来流流速，测试圆筒形浮式平台15吃水深度对悬挂管模型1振动和圆筒形浮式平台15运动的影响，在此基础上，调节循环水槽33出水阀以使循环水槽33内水位高度不变，分析外部来流流速对悬挂管模型1振动和圆筒形浮式平台15运动的影响。旋转升降螺杆23顶部把柄，同时调节滑动桁架24的位置，改变悬挂管模型1的顶张力，调节循环水槽33出水阀控制圆筒形浮式平台15吃水深度，分析不同悬挂管模型1顶张力对悬挂管模型1振动和圆筒形浮式平台15运动的影响。因而，利用所述的内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置可以开展变外流流速、变内流气液比及流速、变外流水深、变平台吃水深度、变悬挂管模型1顶张力等多工况柔性立管振动位移及浮式平台运动测试。
Claims (2)
1.一种内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置，由悬挂管模型(1)、浮式平台系统、内流循环系统、流场监测系统、振动监测系统和数据采集终端组成；由悬挂管模型(1)模拟柔性立管，悬挂管模型(1)为悬挂布置的透明软管，该透明软管外壁面沿轴向均匀标记有黑色标记点(2)，悬挂管模型(1)的底部固定于循环水槽(33)底壁的中部，顶部固定连接于圆筒形浮式平台(15)的底部，通过黑色马克笔在悬挂管模型(1)的外壁涂覆长度为悬挂管模型(1)内径的黑色圆环，用于悬挂管模型(1)振动响应的监测；浮式平台系统由圆筒形浮式平台(15)、气垫导轨、浮式平台支撑架(21)、升降螺杆(23)和滑动桁架(24)组成，气垫导轨由三根空气滑轨(19)、三个空气滑块(18)和十二根弹簧(20)组成，三根空气滑轨(19)呈工字形布置，每根空气滑轨(19)中部均套装有一个空气滑块(18)，两根平行的空气滑轨(19)布置于循环水槽(33)两侧的边壁且与来流方向平行，这两根空气滑轨(19)的空气滑块(18)之间固定连接有一根与来流方向垂直的空气滑轨(19)，空气滑块(18)与空气滑轨(19)之间通有压缩空气实现空气滑块(18)的无摩擦滑动，沿着每根空气滑轨(19)的轴向在该空气滑轨(19)上的空气滑块(18)两侧上下、左右对称布置四根弹簧(20)，实现空气滑块(18)在空气滑轨(19)轴向的弹性支撑运动，与来流方向平行布置的空气滑轨(19)上的空气滑块(18)无摩擦往复运动为圆筒形浮式平台(15)提供了流向运动的自由度，与来流方向垂直布置的空气滑轨(19)上的空气滑块(18)无摩擦往复运动为圆筒形浮式平台(15)提供了横向运动的自由度，气垫导轨固定连接在浮式平台支撑架(21)底部，浮式平台支撑架(21)顶部中心开有一个圆孔，升降螺杆(23)底部穿过该圆孔并由螺母限位，升降螺杆(23)与固定于循环水槽(33)上的滑动桁架(24)通过螺纹连接；内流循环系统由供液系统和供气系统组成，供液系统由水箱(5)、潜水泵(6)、液路阀门(7)、液体流量计(8)组成，并通过输液管道依次连接，水箱(5)内液体淹没潜水泵(6)且水位高于潜水泵(6)顶部，潜水泵(6)将水箱(5)中的液体泵入输液管道，通过液路阀门(7)调节流量大小，由液体流量计(8)监测流量，然后流入T形三通(13)，供气系统由气泵(9)、缓冲罐(10)、气路阀门(11)、气体流量计(12)组成，气泵(9)将空气泵入缓冲罐(10)，经缓冲罐(10)稳压后的空气经气路阀门(11)调节和气体流量计(12)计量后进入T形三通(13)，液体和空气在T形三通(13)处汇合后进入气液流汇管(4)，并沿气液流汇管(4)输至悬挂管模型(1)，气液流流过悬挂管模型(1)后从波纹软管(16)流出，再通过管道输送至水箱(5)，其中，空气从水箱(5)液面上方的管道出口排入大气，液体则落入水箱(5)由此构成内流循环回路；流场监测系统由声学多普勒测速仪(32)、压力传感器(3)、激光发射器(28)和粒子成像测速相机(29)组成，声学多普勒测速仪(32)布置于悬挂管模型(1)上游，用于测量悬挂管模型(1)所在平面的垂向外流流速剖面，压力传感器(3)分别布置于悬挂管模型(1)的入口和出口，用于监测不同气液流速下悬挂管模型(1)内部的压力波动，激光发射器(28)布置于循环水槽(33)的正面，通过调节支撑架在悬挂管模型(1)的不同高度位置发射出平行于循环水槽(33)底部的激光平面，并照亮该平面内的示踪粒子，粒子成像测速相机(29)布置于循环水槽(33)的底部，通过捕捉激光平面内示踪粒子的运动得到不同高度位置悬挂管模型(1)尾部的流场信息；振动监测系统由柔性立管振动监测模块和浮式平台运动监测模块组成，柔性立管振动监测模块由放置于循环水槽(33)正面和底部的正视高速摄像机(25)和仰视高速摄像机(27)组成，两台高速摄像机通过捕捉均匀分布在悬挂管模型(1)外壁的环形黑色标记点(2)位移得到悬挂管模型(1)的振动响应，放置于循环水槽(33)正面的正视高速摄像机(25)用于捕捉悬挂管模型(1)布置平面内的垂向和流向振动位移，此外，正视高速摄像机(25)同时监测悬挂管模型(1)内部的气液两相流流动情况，放置于循环水槽(33)底部的仰视高速摄像机(27)用于捕捉悬挂管模型(1)在布置平面外的振动位移；浮式平台运动监测模块由浮式平台横向振动指示牌(22)、布置于循环水槽(33)正面的正面激光位移传感器(30)和悬挂于圆筒形浮式平台(15)上游的侧面激光位移传感器(31)组成，浮式平台横向振动指示牌(22)安装于垂直来流方向运动的空气滑块(18)顶部，且浮式平台横向振动指示牌(22)面向正面激光位移传感器(30)，正面激光位移传感器(30)发射出激光打在浮式平台横向振动指示牌(22)上，反射回正面激光位移传感器(30)，实现圆筒形浮式平台(15)垂直来流方向的位移监测，悬挂于圆筒形浮式平台(15)上游的侧面激光位移传感器(31)将线激光打在流向运动的空气滑块(18)上，实现圆筒形浮式平台(15)流向位移的监测；其特征在于：所述的圆筒形浮式平台(15)内部开有一连接通道连接悬挂管模型(1)顶部与波纹软管(16)，圆筒形浮式平台(15)固定连接在垂直于来流方向滑动的空气滑块(18)底部，实现圆筒形浮式平台(15)的双自由度运动；旋转升降螺杆(23)顶部把柄可实现圆筒形浮式平台(15)的升降，实现不同悬挂管模型(1)布置高度、圆筒形浮式平台(15)不同吃水深度条件的振动测试；所述的声学多普勒测速仪(32)、压力传感器(3)、粒子成像测速相机(29)、正视高速摄像机(25)、仰视高速摄像机(27)、正面激光位移传感器(30)和侧面激光位移传感器(31)均接入数据采集终端，由数据采集终端同步触发监测，压力传感器(3)、正视高速摄像机(25)、仰视高速摄像机(27)、正面激光位移传感器(30)和侧面激光位移传感器(31)的同步监测使压力波动与气液两相流流动、悬挂管模型(1)振动与圆筒形浮式平台(15)运动数据同步，得到悬挂管模型(1)在内外流与平台运动耦合下的三维振动响应结果，也得到了内外流流场及平台运动过程，用以揭示耦合响应机理。
2.一种内外流与平台耦合作用的立管振动测试方法，采用如权利要求1所述的内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置，启动循环水槽(33)水泵，调节泵频及循环水槽(33)出水阀门开度，控制循环水槽(33)中的流速和水位高度，通过声学多普勒测速仪(32)测量上游来流速度剖面，同时打开内流循环系统的潜水泵(6)和气泵(9)，调节液路阀门(7)和气路阀门(11)，记录液体流量计(8)和气体流量计(12)的读数，达到测试所需的气液比及流量要求，在外部来流和内部气液两相流的共同作用下，悬挂管模型(1)和圆筒形浮式平台(15)将发生响应；其特征在于：通过压力传感器(3)监测悬挂管模型(1)内部气液两相流的流动压力变化，通过正视高速摄像机(25)同步监测悬挂管模型(1)平面内的振动位移和悬挂管模型(1)内部气液两相流的流动情况，并由仰视高速摄像机(27)监测悬挂管模型(1)平面外的振动位移，在悬挂管模型(1)不同高度位置重复启动激光发射器(28)，通过粒子成像测速相机(29)捕捉悬挂管模型(1)不同高度位置的尾部流场信息；通过正面激光位移传感器(30)监测圆筒形浮式平台(15)横向的运动位移，由侧面激光位移传感器(31)监测圆筒形浮式平台(15)流向的振动位移；将数据采集终端得到的流速数据、压力数据、位移数据和尾流场信息进行处理，分析得到内外流与平台耦合作用的立管振动响应规律；保持循环水槽(33)来流流速不变，调节液路阀门(7)和气路阀门(11)，测试内部气液流速对悬挂管模型(1)振动和圆筒形浮式平台(15)运动的影响规律；保持内流流速不变，加大循环水槽(33)来流流速，测试圆筒形浮式平台(15)吃水深度对悬挂管模型(1)振动和圆筒形浮式平台(15)运动的影响，在此基础上，调节循环水槽(33)出水阀以使循环水槽(33)内水位高度不变，分析外部来流流速对悬挂管模型(1)振动和圆筒形浮式平台(15)运动的影响；旋转升降螺杆(23)顶部把柄，同时调节滑动桁架(24)的位置，改变悬挂管模型(1)的顶张力，调节循环水槽(33)出水阀控制圆筒形浮式平台(15)吃水深度，分析不同悬挂管模型(1)顶张力对悬挂管模型(1)振动和圆筒形浮式平台(15)运动的影响；因而，利用所述的内外流与平台耦合作用的立管振动测试装置可以开展变外流流速、变内流气液比及流速、变外流水深、变平台吃水深度、变悬挂管模型(1)顶张力的柔性立管振动位移及浮式平台运动测试。
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