海洋立管作为深海石油生产系统中连接海底和海洋平台的关键组成部分,其安全性需要充分保证。在海流作用下,立管两侧容易发生涡脱落,由于非对称性,圆柱体将受到侧向力,导致立管在横流和顺流两个方向产生涡激振动(VIV)。涡脱落是有规律的周期性现象,当涡脱落频率和立管振动频率锁定时,涡激振动会被放大,从而加剧立管的疲劳破坏。立管破坏引发的油气资源泄漏,可能会造成严重危害。在实际海洋环境下,波浪和顶端平台的运动会导致立管与流体之间产生相对振荡流,该振荡流可以影响立管的涡激振动,所以采用定常流等传统来流研究涡激振动无法反应实际海况下立管的涡激振动特征。另外,考虑到洋流和波浪的共同作用,开展定常流和振荡流叠加下立管涡激振动特性的研究是十分必要的。本文以振荡流中海洋立管的涡激振动为研究对象,采用非定常雷诺平均N-S方程,结合剪切应力传输(SST)k-ω湍流模型,建立了二维数值模型。首先通过数值和实验结果的比较,对定常流和振荡流中圆柱体横流涡激振动的数值模型和方法进行了验证分析;然后基于Fluent软件对振荡流以及定常流和振荡流叠加下圆柱体的横流涡激振动特性展开数值研究,并对圆柱体的位移、频率、响应幅值、流体力和涡脱落特征等进行了研究。本文主要研究内容及相关结论如下:(1)基于所建立的圆柱体涡激振动二维数值模型,对网格敏感性、湍流模型和流场特性进行了验证分析,结果表明:模型的第一层网格高度值为0.001D、近壁面网格节点数为200可以保证计算的精度和效率;SST k-ω湍流模型对流场动态变化的捕捉和呈现效果比RNG k-?湍流模型更准确;本文所提出的两种振荡流网格实现方法具有可行性。(2)对KC数为25、50和75,折合速度U_r从2至18的振荡流中弹性支撑圆柱体横流涡激振动进行了数值模拟,结果表明:振荡流能激发圆柱体的多模态振动,且KC数越大多模态特性越明显;处于锁定区间时,主导模态的幅值明显高于其他模态;随着KC数的增大,锁定区间和对应最大幅值的U_r数有变大趋势;在流速方向改变后,圆柱体已脱落的漩涡会随着流体从圆柱体的上下两侧交替经过,增加圆柱体的横向流体力。(3)对KC数为25,流速比a为0.2、0.4、0.6和0.8,折合速度U_r从2至25的定常流和振荡流叠加下弹性支撑圆柱体的横流涡激振动进行了数值模拟,结果表明:叠加流能激发圆柱体的多模态振动,且多模态特性受定常流和振荡流所占比重的影响;当a=0.4和0.6时,圆柱体的锁定区间明显增大;锁定区间结束后,圆柱体的平均幅值比似乎随着流速比的增大而逐渐减小;在圆柱体的受力和位移曲线中均出现“拍频现象”。叠加流中圆柱体在同一周期出现了不同的涡脱落模态和数量,而且当振荡流占主导时,会有上半周期脱落的涡再次经过圆柱体,使圆柱体的受力和位移突然增大,这种情况会增加圆柱体工况的偶然性,对实际的工程应用是不利的。