海洋立管涡激振动抑制方法 [Suppression Method of Vortex Induced Vibration of Marine Risers] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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朱红钧 著

图书标签:

• 海洋工程
• 涡激振动
• 立管
• 抑制方法
• 流体力学
• 结构工程
• 海洋结构
• 振动控制
• 数值模拟
• 实验研究

出版社： 石油工业出版社

ISBN：9787518322350

版次：1

商品编码：12287309

包装：平装

外文名称：Suppression Method of Vortex Induced Vibration of Marine Risers

开本：16开

出版时间：2017-11-01

用纸：胶版纸

页数：156

字数：2580

内容简介

　　《海洋立管涡激振动抑制方法》针对海洋立管不可避免地承受涡激振动这一实际问题，在综述国内外研究成果和进展的基础上，阐述了诱导海洋立管涡激振动的机理，提出并划分了主动抑制和被动抑制及综合抑制涡激振动的方法，介绍了数值评价涡激振动抑制效果的手段，并对几种典型的和笔者设计提出的涡激振动抑制装置进行了数值分析及评价，总结了笔者近年来部分的研究成果。
　　《海洋立管涡激振动抑制方法》可作为海洋工程与技术、海洋油气工程、船舶与海洋工程、港口、海岸及近海工程等海洋科学与工程技术类专业的高年级本科生、研究生和教师，以及从事此类专业相关应用领域的工程技术人员的教学参考书，也可供从事海洋立管研究、设计和运营的科技人员参考。

内页插图

目录

第一章 绪论
第一节 涡激振动机理
第二节 涡激振动研究现状
第三节 涡激振动抑制研究现状
参考文献

第二章 海洋立管涡激振动抑制装置
第一节 抑制原理
第二节 抑制装置的分类
参考文献

第三章 抑制效果的数值评价方法
第一节 几何模型的选取
第二节 控制方程
第三节 流固耦合方法
第四节 动网格技术
参考文献

第四章 安装附属控制杆的抑制效果评价
第一节 固定控制杆抑制效果评价
第二节 旋转控制杆抑制效果评价
第三节 管束抑制效果评价
参考文献

第五章 安设可旋叶轮的抑制效果评价
第一节 三叶轮抑制效果评价
第二节 非对称十字叶轮抑制效果评价
参考文献

第六章 套装可旋罩壳的抑制效果评价
第一节 三角形整流罩抑制效果评价
第二节 回旋镖形整流罩抑制效果评价
参考文献

前言/序言

　　我国石油对外依存度已突破60%，国家能源安全危机凸显，在新能源开发技术还不够成熟的现状下，大力开发海洋油气资源已刻不容缓。党的十八大首次明确提出建设海洋强国，“海洋石油981”紧锣密鼓的勘探，“海洋石油982”的下水初试，都表明了我国政府开发海洋油气资源的决心和力度。海洋立管作为连接水下井口和海面浮式装置的关键纽带，承载着安全输送油气的重要使命。随着我国海洋油气资源开发力度的加大，必将有越来越多的立管敷设并投入使用。如果说海洋油气是破解我国能源困局的“救命血”，那么负责输送“救命血”的海洋立管可谓是我国国民经济可持续发展的命脉。
　　然而，海洋立管内部承载着高压油气流，外部承受着波、流载荷，服役环境异常恶劣。随着开发水深的不断加大，海洋立管的长径比越来越大，犹如一根面条悬挂在海水中，在波流的作用下不可避免地会发生涡激振动，一旦振动失效，不仅会造成巨大的经济损失，还会带来严重的海洋生态环境破坏。因此，海洋立管涡激振动抑制技术一直是海洋科学与工程技术领域科技人员的研究热点。
　　国内外学者自20世纪初就开始了柱体绕流引发涡激振动的研究，有大量的实验、数值模拟研究报道，其中不乏涡激振动抑制方面的研究成果，但至今仍罕见阐述涡激振动抑制方法的书籍。笔者在海洋立管涡激振动领域的研究已积累逾5年，出版本书意在整理这5年的研究成果，包括涡激振动机理、抑制装置及方法、数值评价手段等，旨在揭示抑制海洋立管涡激振动的原理，为立管结构设计、新型抑制装置研制提供技术依据。本书内容皆来自于笔者所承担的国家自然科学基金、四川省青年科技基金、西南石油大学科研启航计划等项目的研究成果，这些成果大多数已获国家发明专利授权或在SCI收录期刊发表。
　　全书共六章。第一章对涡激振动的机理、国内外研究现状以及抑制涡激振动的国内外研究动态进行了综述；第二章阐述了抑制涡激振动的原理，对现有的涡激振动抑制装置进行了分类；第三章系统介绍了评价涡激振动抑制效果的计算流体力学数值方法；第四章对圆柱体周围安装附属控制杆的抑制方式进行数值评价，包括主动旋转控制、被动固定控制和管束抑制三种方式；第五章对笔者设计提出的可旋叶轮抑制装置进行了数值评价，包括三叶轮和十字叶轮两种装置；第六章对套装在圆柱体外侧的罩壳抑制效果进行了数值评价，包括典型的三角形整流罩和笔者设计提出的回旋镖形整流罩。

海洋立管涡激振动抑制方法 [Suppression Method of Vortex Induced Vibration of Marine Risers] 海洋立管作为连接海底油气资源与海上平台的重要通道，其在复杂海洋环境中的可靠性与安全性至关重要。然而，流体动力作用下产生的涡激振动（Vortex Induced Vibration, VIV）已成为制约海洋立管服役性能的关键因素之一。本文献深入探讨了针对海洋立管涡激振动问题的系列抑制策略，旨在为提升海洋工程结构的稳健性提供理论指导与技术参考。 一、 涡激振动的根源与危害 海水流经立管表面时，在一定的雷诺数范围内，会在立管后方形成周期性脱落的卡门涡街。这种周期性涡脱落所产生的交变升力和阻力，将驱动立管产生横向振动。当振动频率接近立管的自然频率时，将引发共振现象，导致振幅急剧增大，产生过大的应力集中，可能引发疲劳损伤，甚至结构断裂，对海洋油气开采的安全性和效率构成严重威胁。此外，涡激振动还会增加立管的磨损，影响水下设备的正常运行。 二、 传统涡激振动抑制方法回顾 早期研究多集中在基于结构参数调整的抑制手段，例如： 改变立管外形： 通过对立管表面进行修饰，如增加鳍片（fins）、阻尼片（fairings）或改变截面形状（如翼型），以扰乱或抑制涡街的形成和发展。然而，这些方法往往会增加制造难度和成本，并可能对流体动力性能产生不利影响。 提高结构刚度： 增加立管的壁厚或采用更坚固的材料，可以提高其固有频率，从而远离共振区域。但这种方法会显著增加结构自重和制造成本，且对低频涡激振动的抑制效果有限。 三、 新型涡激振动抑制方法的探索与分析 本文献重点关注并系统梳理了近年来涌现出的新型、更具创新性的涡激振动抑制方法，这些方法在抑制效率、适用性以及经济性方面展现出显著优势： 1. 主动控制策略 主动控制策略通过外部能量输入，实时监测立管的振动响应，并根据监测结果产生反向控制力，以抵消或减弱涡激振动。 液压/气动驱动的阻尼器： 在立管内部或外部设置可调节的液压或气动阻尼装置。通过传感器实时监测立管的振动位移和速度，控制系统随即调整阻尼器的阻尼系数，对振动能量进行耗散。这种方法具有较高的控制精度和灵活性，但对电源和控制系统的可靠性要求较高。 动翼/襟翼控制： 在立管表面集成可调节的动翼或襟翼。通过改变这些翼面的角度，可以主动改变流场特性，干扰涡街的形成。这种方法可以直接作用于流体动力激励源，具有较好的抑制效果，但结构复杂，集成难度较大。 流体射流/吹吸气控制： 在立管表面预设射流孔，通过向外喷射或吸入流体，改变立管附近的边界层特性，从而抑制涡街的脱落。这种方法可以有效干扰涡街的生成，但需要额外的流体供应系统。 2. 被动控制策略的革新 在传统被动控制的基础上，本文献深入探讨了更高效、更具潜力的被动抑制技术： 高性能表面改性材料： 研发具有特殊表面纹理或涂层的材料，通过改变立管表面的摩擦特性和湍流边界层的行为，有效延迟或抑制涡街的规则脱落。例如，模仿生物体表面的微观结构（如鲨鱼皮），通过减少流体阻力来抑制振动。 非线性动力吸振器（NDR）的应用： 传统的线性动力吸振器在不同工况下性能衰减明显。而非线性动力吸振器通过引入非线性特性，能够对更宽频率范围的激励做出响应，有效吸收和耗散涡激振动的能量。针对海洋立管的特性，研究了基于弹簧-质量-阻尼系统的各种非线性吸振器设计，以及其在不同激励下的性能表现。 隔振缓冲结构的集成： 在立管的关键部位（如与平台连接处）设计柔性或缓冲结构，例如利用高阻尼橡胶或弹簧支撑系统，将立管的振动能量通过结构传递和耗散。 新型阻尼装置的开发： 除了传统的液体阻尼器，本文献还讨论了基于摩擦阻尼、磁流变阻尼以及阻尼涂层的创新型被动阻尼装置，分析了其在抑制涡激振动方面的机理和应用潜力。 3. 复合抑制策略 认识到单一抑制方法的局限性，本文献重点探讨了多种抑制策略的组合应用，以期实现协同增效。 主动与被动控制的结合： 例如，在立管表面粘贴阻尼涂层（被动）的基础上，集成一套小型的主动控制系统，在极端工况下启动主动控制，实现更全面的振动抑制。 不同被动控制方法的组合： 将改变立管外形与表面纹理化技术相结合，或将非线性动力吸振器与高阻尼材料结合，以期在不同工况下均能获得优异的抑制效果。 四、 关键技术挑战与未来发展方向 尽管涡激振动抑制技术取得了显著进展，但仍面临一些关键挑战： 长期可靠性与耐久性： 海洋环境恶劣，抑制装置需要承受海水腐蚀、冲刷以及极端载荷，其长期可靠性与耐久性是关键考量。 成本效益分析： 新型抑制技术的研发与应用需要充分考虑其经济性，如何在提高性能的同时控制成本，是推动技术走向实际应用的重要因素。 多耦合作用下的预测与控制： 海洋立管不仅受到涡激振动的影响，还可能遭受波浪、洋流、船舶拖曳等多耦合作用。精确预测并有效控制这些复合作用下的振动是未来的重要研究方向。 智能化与自适应控制： 发展具备自学习、自适应能力的智能化控制系统，能够根据实时海洋环境的变化，自主调整控制策略，以达到最优的抑制效果。 数值模拟与实验验证的深化： 结合先进的计算流体力学（CFD）和有限元分析（FEA）技术，以及系统性的水池试验和现场试验，将是验证和优化抑制方法不可或缺的环节。 本文献通过对现有涡激振动抑制方法的系统性梳理与创新性探讨，为海洋立管的设计、建造和运维提供了宝贵的参考。相信随着研究的不断深入，将涌现出更多高效、可靠且经济的涡激振动抑制技术，为保障我国乃至全球海洋资源的开发利用，提供坚实的技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

我是一名海洋工程项目的技术顾问，经常为客户提供关于结构安全性和可靠性的咨询服务。海洋立管的涡激振动（VIV）是近年来备受关注的安全隐患，其潜在的破坏性不容忽视。我需要能够为客户提供最前沿、最可靠的VIV抑制技术信息，帮助他们做出明智的投资决策。我希望这本书能够提供对当前主流VIV抑制方法的全面、客观的评价，包括其技术可行性、经济性、环境影响以及长期可靠性。我尤其关注那些能够提供实证数据支持的评估，例如通过大量的现场监测数据和第三方验证报告来证明方法的有效性。我希望书中能够对比分析不同方法的优劣，并提供一套清晰的评估框架，帮助客户根据其项目的具体情况，选择最适合的抑制策略。一本能够帮助我为客户提供专业、有价值建议的书，将是我工作的重要支撑。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的海洋平台操作人员，我深知立管在恶劣海况下的“心跳”——那是一种持续不断的、令人担忧的振动。多年来，我亲眼目睹了无数次因为涡激振动（VIV）而带来的设备故障和生产中断，这些损失不仅是经济上的，更是对我们团队士气的一种打击。在实际操作中，我们常常面临着如何准确判断VIV的风险等级，以及如何及时采取有效的应对措施的难题。我特别关注那些能够“治本”而非“治标”的抑制方法，希望这本书能深入浅出地剖析各种抑制技术的核心机制，比如如何通过改变水流特性来减弱涡的脱落，或者如何通过增加阻尼来吸收振动能量。我希望书中能有对不同抑制装置（如导流罩、阻尼器、柔性立管等）在不同海域、不同深度下的实际应用效果进行详细的评估，甚至提供一些成本效益分析，这对于我们选择最经济有效的抑制方案至关重要。我更期待书中能包含一些关于实时监测和预警VIV的方法，这样我们就能在振动对立管造成严重影响之前就采取行动，将风险降到最低。一本好的书籍，不仅要讲述“是什么”，更要告诉我们“怎么做”，以及“为什么这么做”，而这本书，恰恰给了我这种期待。

评分☆☆☆☆☆

我对流体力学和结构动力学有着浓厚的兴趣，尤其是在海洋工程领域，这两种学科的结合造就了无数令人着迷的工程挑战，而海洋立管的涡激振动（VIV）无疑是其中最具代表性也最棘手的问题之一。我一直关注着VIV抑制技术的发展前沿，希望能找到更高效、更经济、更环保的解决方案。这本书的出现，如同在迷雾中点亮了一盏灯，让我看到了解决这一复杂问题的希望。我期待书中能够深入探讨VIV产生的流体动力学机制，例如卡门涡街的形成与演变，以及流体与结构相互作用的耦合过程。同时，我也希望书中能够详细介绍当前主流的VIV抑制方法，不仅仅是列举，更要对其背后的物理原理进行深入的分析，例如不同形状的导流罩如何改变水流分布，不同类型的阻尼器如何吸收能量，以及新型材料和结构设计如何从根本上降低VIV的发生概率。如果书中还能包含一些数值模拟的案例，或者对实验数据的详细解读，那将是对我理论学习和实际应用的一次巨大提升。我希望这本书能够激发我更多的研究灵感，为推动VIV抑制技术的发展贡献绵薄之力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就透着一股沉稳与专业，深邃的蓝色背景模拟着大海的浩瀚，标题“海洋立管涡激振动抑制方法”字体醒目，但又不失典雅，配合着“Suppression Method of Vortex Induced Vibration of Marine Risers”这一副标题，立刻就能感受到其内容的重要性与技术含量。我是一名海洋工程领域的初级工程师，虽然接触这个行业时间不长，但很快就体会到立管在深海作业中的关键性，以及涡激振动（VIV）带来的巨大挑战。在实际工作中，我们经常会遇到因为VIV导致的立管疲劳损伤、结构失效，甚至引发安全事故的风险，这让我寝食难安。因此，当我得知有这样一本专门探讨VIV抑制方法的书籍时，我毫不犹豫地购买了它，并对其寄予厚望。我期待这本书能够系统地梳理现有各种VIV抑制技术的原理、优缺点，并且能够提供一些实际案例分析，帮助我理解这些技术在不同工况下的适用性。尤其是一些新兴的、非传统的抑制方法，我希望能在这本书中找到详细的介绍和理论依据，这对于我今后的工作实践将会有极大的帮助。我希望这本书不仅仅是理论的堆砌，更能结合实际工程经验，给出一些行之有效的解决方案和建议，甚至是一些在设计阶段就需要考虑的预防措施，这对我来说才是最有价值的。

评分☆☆☆☆☆

我是一名海洋石油勘探公司的高级工程师，负责海上油气田的开发与生产。立管是我们连接水下井口和海上平台的核心枢纽，而涡激振动（VIV）是其面临的最严峻的挑战之一。VIV不仅会加速立管的疲劳损伤，降低其使用寿命，更可能导致严重的生产中断，给公司带来巨大的经济损失。因此，我一直密切关注着VIV抑制技术的最新发展。我希望这本书能够提供关于各种VIV抑制方法——从传统的导流罩、阻尼器，到更先进的主动控制技术——的详细技术评估。我特别关注那些能够提高抑制效率、降低维护成本、延长立管使用寿命的创新方法。我希望书中能够包含一些实际的工程数据和案例研究，来验证不同抑制方法的有效性，并分析其在不同工况下的优缺点。例如，书中是否会分析在极端海况下，哪种抑制方法表现更佳，或者在不同水深下，如何选择最优的抑制策略。一本能够指导我们工程实践，帮助我们做出最优化决策的书，是我们最需要的。

评分☆☆☆☆☆

我是一名海洋工程项目的管理者，肩负着项目成本控制和风险管理的重任。海洋立管的涡激振动（VIV）无疑是项目中最具不确定性和潜在风险之一。在项目立项初期，我们就必须对VIV的影响进行充分评估，并制定相应的抑制策略。然而，市面上关于VIV抑制方法的资料往往零散且不够系统，导致我们在方案选择和技术决策时面临很大的困境。我希望这本书能够提供一个全面、权威的VIV抑制方法概览，能够清晰地阐述各种方法的适用范围、技术成熟度、成本效益以及潜在的风险。我尤其关注那些能够从设计源头就解决问题的方案，例如通过优化立管布置、改变结构形状等，以及那些能够在后期进行有效改造的被动和主动控制技术。我希望书中能够包含一些行业内的最佳实践案例，以及不同抑制方法在不同项目中的实际应用经验，这对于我进行成本效益分析和风险评估至关重要。一本好的管理书籍，应该能够帮助我们做出更明智的决策，并最终确保项目的成功交付。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一名身处高校研究机构的学者来说，一本深入探讨“海洋立管涡激振动抑制方法”的专著，无疑是极其宝贵的学术资源。我一直致力于海洋结构物动力学及其控制策略的研究，而VIV一直是我的研究重点之一。目前，我主要关注的是新型的主动控制方法，以及一些非传统的抑制技术，比如声学控制、等离子体控制等，这些方法在理论上具有巨大的潜力，但实际应用中的挑战也相当大。我非常希望这本书能够涵盖这些前沿的研究方向，不仅介绍其基本原理，更能提供一些最新的研究进展、实验结果和理论模型。我希望书中能够对不同抑制方法的理论模型进行详细的推导，并与实验数据进行对比验证，从而评估其有效性和局限性。此外，对于如何将这些抑制方法与实际工程设计相结合，我希望能在这本书中找到更具指导意义的内容，例如在设计阶段如何选择最适合的抑制技术，如何在结构设计中集成这些技术，以及如何评估其长期运行的可靠性和经济性。一本优秀的研究书籍，应该能够引领学术前沿，并为未来的工程实践提供坚实的基础，这本书，正是我所期待的。

评分☆☆☆☆☆

作为一名海洋工程领域的学生，我对“海洋立管涡激振动抑制方法”这个主题充满了好奇和求知欲。在课堂上，我们接触到了一些VIV的基础理论，但对于如何实际地抑制它，还有很多模糊的地方。我渴望能够通过阅读这本书，更深入地理解VIV的形成机理，以及各种抑制技术的设计理念和工作方式。我希望书中能够用清晰的语言和图示，解释各种抑制装置的构造和工作原理，例如各种阻尼器的类型和作用，导流罩的形状设计如何影响水流，以及主动控制系统是如何工作的。我希望能看到一些简单的工程实例，帮助我理解这些复杂的理论是如何应用到实际工程中的。例如，书中是否会介绍一些小型立管模型实验，或者一些简单的模拟计算，让我能够更直观地感受到VIV的威力以及抑制方法的有效性。对于学生而言，一本好的教材，不仅要传授知识，更要激发兴趣，引导思考，我希望这本书能成为我学习道路上的一个重要指引。

评分☆☆☆☆☆

我是一名海洋科学爱好者，虽然并非专业人士，但我对海洋工程的奇妙之处总是充满好奇。当我在书店看到这本《海洋立管涡激振动抑制方法》时，我被它深刻的主题所吸引。我知道，海洋立管在海上油气开采、海底电缆铺设等领域扮演着至关重要的角色，而它们在海水中受到的各种外力，尤其是涡激振动，是工程师们必须克服的巨大挑战。我希望这本书能够用相对易懂的方式，向我这样的普通读者介绍VIV现象是如何产生的，它会给立管带来什么样的影响。更重要的是，我希望能了解到，工程师们是如何“与海浪搏斗”，开发出各种 ingenious 的方法来“安抚”这些在风浪中摇摆的“巨龙”。比如，书里会不会介绍一些有趣的、非传统的VIV抑制方法，或者讲述一些工程师们在解决VIV问题时遇到的有趣故事？我希望这本书能让我对海洋工程有更深入的理解，同时也能够感受到人类在探索和利用海洋过程中的智慧和创造力。

评分☆☆☆☆☆

作为一名机械设计领域的工程师，我一直对结构振动及其控制有着浓厚的兴趣。虽然我的主要工作领域并非海洋工程，但“海洋立管涡激振动抑制方法”这个课题，却深深吸引了我。我理解，VIV是一个典型的流固耦合问题，其抑制方法的本质在于如何巧妙地改变流场的特性，或者增强结构的耗能能力。我希望这本书能够从更广阔的视角，探讨VIV抑制的技术原理，不仅仅局限于海洋工程领域，而是能够涵盖一些跨学科的创新思路。例如，书中是否会涉及到仿生学在VIV抑制方面的应用？是否有关于新型材料，如智能材料，在抑制VIV方面的潜力分析？我更希望书中能够对各种抑制方法的数学模型进行深入的剖析，这对于我理解其内在机理，甚至借鉴其思想应用于其他领域，将大有裨益。一本能够激发我跨界思考，带来新视角的书籍，将是极具价值的。