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随着海洋油气资源勘探开发逐步深水化，对深海立管等关键构件的安全防护提出了更高的要求。当海流流经多立管时，多管体之间尾流干涉效应增强，极易诱发涡激振动现象，导致立管产生疲劳破坏。目前关于串列多管体尾流干涉及涡激振动机理尚未阐明，亟需开展多管体绕流与涡激振动的尾流形态及结构动力响应特性研究。因此，本文结合物理模型试验和数值模拟，开展了串列多柱体绕流及涡激振动研究，主要研究工作如下：
1.采用粒子图像测速技术(PIV)和开源计算流体力学软件OpenFOAM，开展了串列布置三柱体绕流在不同间距条件下的流场特性研究，揭示了瞬时和时均流场形态、时均流线拓扑、时均雷诺应力分布、升阻力系数及St数随柱体间距比的变化规律。结果表明，间距比对串列三柱体尾流流态影响显著，当L/D=1.5时，仅在下游柱体后方存在旋涡脱落，当2≤L/D≤4时，在中游和下游柱体后方均存在漩涡脱落，当L/D=5时，串列三柱体后方均存在明显的漩涡脱落。
2.基于计算流体力学开源软件OpenFOAM，采用重叠网格方法开展了雷诺数Re=150、间距比L/D=2、3、4和5情况下串列三圆柱涡激振动二维数值模拟，主要分析了不同间距比及不同约化速度条件下圆柱的结构动力响应、受力特性及尾流模态等。结果表明，与单圆柱涡激振动相比，当串列三圆柱发生涡激振动时，中游圆柱与下游圆柱的横向与流向振幅均显著大于单圆柱的振幅。中游圆柱与下游圆柱在高约化速度Vr情况下仍然保持较大的振幅。随着间距比和约化速度的变化，在串列三柱体后可观测到六种不同的尾流模态：单钝体模态、剪切层交替附着模态、偏转间隙流模态、2S模态、双涡尾流模态和不规则尾流模态。
3.采用计算流体力学开源软件OpenFOAM开展了高雷诺数Re=1000与间距比L/D=5情况下串列三圆柱涡激振动的三维数值模拟研究，主要分析了不同约化速度条件下圆柱的结构动力响应、受力特性及尾流模态等。结果表明，相较于串列三圆柱涡激振动的二维数值结果，高雷诺数条件下三圆柱涡激振动尾流的三维特性更加强烈。与单圆柱涡激振动相比，串列三圆柱涡激振动的展向涡量更加复杂，尾流碎涡多，并且尾流宽度也更大。与单圆柱类似，三圆柱在不同展向截面的尾流模态存在明显的区别。
1.采用粒子图像测速技术(PIV)和开源计算流体力学软件OpenFOAM，开展了串列布置三柱体绕流在不同间距条件下的流场特性研究，揭示了瞬时和时均流场形态、时均流线拓扑、时均雷诺应力分布、升阻力系数及St数随柱体间距比的变化规律。结果表明，间距比对串列三柱体尾流流态影响显著，当L/D=1.5时，仅在下游柱体后方存在旋涡脱落，当2≤L/D≤4时，在中游和下游柱体后方均存在漩涡脱落，当L/D=5时，串列三柱体后方均存在明显的漩涡脱落。
2.基于计算流体力学开源软件OpenFOAM，采用重叠网格方法开展了雷诺数Re=150、间距比L/D=2、3、4和5情况下串列三圆柱涡激振动二维数值模拟，主要分析了不同间距比及不同约化速度条件下圆柱的结构动力响应、受力特性及尾流模态等。结果表明，与单圆柱涡激振动相比，当串列三圆柱发生涡激振动时，中游圆柱与下游圆柱的横向与流向振幅均显著大于单圆柱的振幅。中游圆柱与下游圆柱在高约化速度Vr情况下仍然保持较大的振幅。随着间距比和约化速度的变化，在串列三柱体后可观测到六种不同的尾流模态：单钝体模态、剪切层交替附着模态、偏转间隙流模态、2S模态、双涡尾流模态和不规则尾流模态。
3.采用计算流体力学开源软件OpenFOAM开展了高雷诺数Re=1000与间距比L/D=5情况下串列三圆柱涡激振动的三维数值模拟研究，主要分析了不同约化速度条件下圆柱的结构动力响应、受力特性及尾流模态等。结果表明，相较于串列三圆柱涡激振动的二维数值结果，高雷诺数条件下三圆柱涡激振动尾流的三维特性更加强烈。与单圆柱涡激振动相比，串列三圆柱涡激振动的展向涡量更加复杂，尾流碎涡多，并且尾流宽度也更大。与单圆柱类似，三圆柱在不同展向截面的尾流模态存在明显的区别。