海洋立管渦激振動抑製方法 [Suppression Method of Vortex Induced Vibration of Marine Risers] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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硃紅鈞 著

圖書標籤:

• 海洋工程
• 渦激振動
• 立管
• 抑製方法
• 流體力學
• 結構工程
• 海洋結構
• 振動控製
• 數值模擬
• 實驗研究

齣版社： 石油工業齣版社

ISBN：9787518322350

版次：1

商品編碼：12287309

包裝：平裝

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

開本：16開

齣版時間：2017-11-01

用紙：膠版紙

頁數：156

字數：2580

內容簡介

　　《海洋立管渦激振動抑製方法》針對海洋立管不可避免地承受渦激振動這一實際問題，在綜述國內外研究成果和進展的基礎上，闡述瞭誘導海洋立管渦激振動的機理，提齣並劃分瞭主動抑製和被動抑製及綜閤抑製渦激振動的方法，介紹瞭數值評價渦激振動抑製效果的手段，並對幾種典型的和筆者設計提齣的渦激振動抑製裝置進行瞭數值分析及評價，總結瞭筆者近年來部分的研究成果。
　　《海洋立管渦激振動抑製方法》可作為海洋工程與技術、海洋油氣工程、船舶與海洋工程、港口、海岸及近海工程等海洋科學與工程技術類專業的高年級本科生、研究生和教師，以及從事此類專業相關應用領域的工程技術人員的教學參考書，也可供從事海洋立管研究、設計和運營的科技人員參考。

內頁插圖

目錄

第一章 緒論
第一節 渦激振動機理
第二節 渦激振動研究現狀
第三節 渦激振動抑製研究現狀
參考文獻

第二章 海洋立管渦激振動抑製裝置
第一節 抑製原理
第二節 抑製裝置的分類
參考文獻

第三章 抑製效果的數值評價方法
第一節 幾何模型的選取
第二節 控製方程
第三節 流固耦閤方法
第四節 動網格技術
參考文獻

第四章 安裝附屬控製杆的抑製效果評價
第一節 固定控製杆抑製效果評價
第二節 鏇轉控製杆抑製效果評價
第三節 管束抑製效果評價
參考文獻

第五章 安設可鏇葉輪的抑製效果評價
第一節 三葉輪抑製效果評價
第二節 非對稱十字葉輪抑製效果評價
參考文獻

第六章 套裝可鏇罩殼的抑製效果評價
第一節 三角形整流罩抑製效果評價
第二節 迴鏇鏢形整流罩抑製效果評價
參考文獻

前言/序言

　　我國石油對外依存度已突破60%，國傢能源安全危機凸顯，在新能源開發技術還不夠成熟的現狀下，大力開發海洋油氣資源已刻不容緩。黨的十八大首次明確提齣建設海洋強國，“海洋石油981”緊鑼密鼓的勘探，“海洋石油982”的下水初試，都錶明瞭我國政府開發海洋油氣資源的決心和力度。海洋立管作為連接水下井口和海麵浮式裝置的關鍵紐帶，承載著安全輸送油氣的重要使命。隨著我國海洋油氣資源開發力度的加大，必將有越來越多的立管敷設並投入使用。如果說海洋油氣是破解我國能源睏局的“救命血”，那麼負責輸送“救命血”的海洋立管可謂是我國國民經濟可持續發展的命脈。
　　然而，海洋立管內部承載著高壓油氣流，外部承受著波、流載荷，服役環境異常惡劣。隨著開發水深的不斷加大，海洋立管的長徑比越來越大，猶如一根麵條懸掛在海水中，在波流的作用下不可避免地會發生渦激振動，一旦振動失效，不僅會造成巨大的經濟損失，還會帶來嚴重的海洋生態環境破壞。因此，海洋立管渦激振動抑製技術一直是海洋科學與工程技術領域科技人員的研究熱點。
　　國內外學者自20世紀初就開始瞭柱體繞流引發渦激振動的研究，有大量的實驗、數值模擬研究報道，其中不乏渦激振動抑製方麵的研究成果，但至今仍罕見闡述渦激振動抑製方法的書籍。筆者在海洋立管渦激振動領域的研究已積纍逾5年，齣版本書意在整理這5年的研究成果，包括渦激振動機理、抑製裝置及方法、數值評價手段等，旨在揭示抑製海洋立管渦激振動的原理，為立管結構設計、新型抑製裝置研製提供技術依據。本書內容皆來自於筆者所承擔的國傢自然科學基金、四川省青年科技基金、西南石油大學科研啓航計劃等項目的研究成果，這些成果大多數已獲國傢發明專利授權或在SCI收錄期刊發錶。
　　全書共六章。第一章對渦激振動的機理、國內外研究現狀以及抑製渦激振動的國內外研究動態進行瞭綜述；第二章闡述瞭抑製渦激振動的原理，對現有的渦激振動抑製裝置進行瞭分類；第三章係統介紹瞭評價渦激振動抑製效果的計算流體力學數值方法；第四章對圓柱體周圍安裝附屬控製杆的抑製方式進行數值評價，包括主動鏇轉控製、被動固定控製和管束抑製三種方式；第五章對筆者設計提齣的可鏇葉輪抑製裝置進行瞭數值評價，包括三葉輪和十字葉輪兩種裝置；第六章對套裝在圓柱體外側的罩殼抑製效果進行瞭數值評價，包括典型的三角形整流罩和筆者設計提齣的迴鏇鏢形整流罩。

海洋立管渦激振動抑製方法 [Suppression Method of Vortex Induced Vibration of Marine Risers] 海洋立管作為連接海底油氣資源與海上平颱的重要通道，其在復雜海洋環境中的可靠性與安全性至關重要。然而，流體動力作用下産生的渦激振動（Vortex Induced Vibration, VIV）已成為製約海洋立管服役性能的關鍵因素之一。本文獻深入探討瞭針對海洋立管渦激振動問題的係列抑製策略，旨在為提升海洋工程結構的穩健性提供理論指導與技術參考。 一、 渦激振動的根源與危害 海水流經立管錶麵時，在一定的雷諾數範圍內，會在立管後方形成周期性脫落的卡門渦街。這種周期性渦脫落所産生的交變升力和阻力，將驅動立管産生橫嚮振動。當振動頻率接近立管的自然頻率時，將引發共振現象，導緻振幅急劇增大，産生過大的應力集中，可能引發疲勞損傷，甚至結構斷裂，對海洋油氣開采的安全性和效率構成嚴重威脅。此外，渦激振動還會增加立管的磨損，影響水下設備的正常運行。 二、 傳統渦激振動抑製方法迴顧 早期研究多集中在基於結構參數調整的抑製手段，例如： 改變立管外形： 通過對立管錶麵進行修飾，如增加鰭片（fins）、阻尼片（fairings）或改變截麵形狀（如翼型），以擾亂或抑製渦街的形成和發展。然而，這些方法往往會增加製造難度和成本，並可能對流體動力性能産生不利影響。 提高結構剛度： 增加立管的壁厚或采用更堅固的材料，可以提高其固有頻率，從而遠離共振區域。但這種方法會顯著增加結構自重和製造成本，且對低頻渦激振動的抑製效果有限。 三、 新型渦激振動抑製方法的探索與分析 本文獻重點關注並係統梳理瞭近年來湧現齣的新型、更具創新性的渦激振動抑製方法，這些方法在抑製效率、適用性以及經濟性方麵展現齣顯著優勢： 1. 主動控製策略 主動控製策略通過外部能量輸入，實時監測立管的振動響應，並根據監測結果産生反嚮控製力，以抵消或減弱渦激振動。 液壓/氣動驅動的阻尼器： 在立管內部或外部設置可調節的液壓或氣動阻尼裝置。通過傳感器實時監測立管的振動位移和速度，控製係統隨即調整阻尼器的阻尼係數，對振動能量進行耗散。這種方法具有較高的控製精度和靈活性，但對電源和控製係統的可靠性要求較高。 動翼/襟翼控製： 在立管錶麵集成可調節的動翼或襟翼。通過改變這些翼麵的角度，可以主動改變流場特性，乾擾渦街的形成。這種方法可以直接作用於流體動力激勵源，具有較好的抑製效果，但結構復雜，集成難度較大。 流體射流/吹吸氣控製： 在立管錶麵預設射流孔，通過嚮外噴射或吸入流體，改變立管附近的邊界層特性，從而抑製渦街的脫落。這種方法可以有效乾擾渦街的生成，但需要額外的流體供應係統。 2. 被動控製策略的革新 在傳統被動控製的基礎上，本文獻深入探討瞭更高效、更具潛力的被動抑製技術： 高性能錶麵改性材料： 研發具有特殊錶麵紋理或塗層的材料，通過改變立管錶麵的摩擦特性和湍流邊界層的行為，有效延遲或抑製渦街的規則脫落。例如，模仿生物體錶麵的微觀結構（如鯊魚皮），通過減少流體阻力來抑製振動。 非綫性動力吸振器（NDR）的應用： 傳統的綫性動力吸振器在不同工況下性能衰減明顯。而非綫性動力吸振器通過引入非綫性特性，能夠對更寬頻率範圍的激勵做齣響應，有效吸收和耗散渦激振動的能量。針對海洋立管的特性，研究瞭基於彈簧-質量-阻尼係統的各種非綫性吸振器設計，以及其在不同激勵下的性能錶現。 隔振緩衝結構的集成： 在立管的關鍵部位（如與平颱連接處）設計柔性或緩衝結構，例如利用高阻尼橡膠或彈簧支撐係統，將立管的振動能量通過結構傳遞和耗散。 新型阻尼裝置的開發： 除瞭傳統的液體阻尼器，本文獻還討論瞭基於摩擦阻尼、磁流變阻尼以及阻尼塗層的創新型被動阻尼裝置，分析瞭其在抑製渦激振動方麵的機理和應用潛力。 3. 復閤抑製策略 認識到單一抑製方法的局限性，本文獻重點探討瞭多種抑製策略的組閤應用，以期實現協同增效。 主動與被動控製的結閤： 例如，在立管錶麵粘貼阻尼塗層（被動）的基礎上，集成一套小型的主動控製係統，在極端工況下啓動主動控製，實現更全麵的振動抑製。 不同被動控製方法的組閤： 將改變立管外形與錶麵紋理化技術相結閤，或將非綫性動力吸振器與高阻尼材料結閤，以期在不同工況下均能獲得優異的抑製效果。 四、 關鍵技術挑戰與未來發展方嚮 盡管渦激振動抑製技術取得瞭顯著進展，但仍麵臨一些關鍵挑戰： 長期可靠性與耐久性： 海洋環境惡劣，抑製裝置需要承受海水腐蝕、衝刷以及極端載荷，其長期可靠性與耐久性是關鍵考量。 成本效益分析： 新型抑製技術的研發與應用需要充分考慮其經濟性，如何在提高性能的同時控製成本，是推動技術走嚮實際應用的重要因素。 多耦閤作用下的預測與控製： 海洋立管不僅受到渦激振動的影響，還可能遭受波浪、洋流、船舶拖曳等多耦閤作用。精確預測並有效控製這些復閤作用下的振動是未來的重要研究方嚮。 智能化與自適應控製： 發展具備自學習、自適應能力的智能化控製係統，能夠根據實時海洋環境的變化，自主調整控製策略，以達到最優的抑製效果。 數值模擬與實驗驗證的深化： 結閤先進的計算流體力學（CFD）和有限元分析（FEA）技術，以及係統性的水池試驗和現場試驗，將是驗證和優化抑製方法不可或缺的環節。 本文獻通過對現有渦激振動抑製方法的係統性梳理與創新性探討，為海洋立管的設計、建造和運維提供瞭寶貴的參考。相信隨著研究的不斷深入，將湧現齣更多高效、可靠且經濟的渦激振動抑製技術，為保障我國乃至全球海洋資源的開發利用，提供堅實的技術支撐。

評分☆☆☆☆☆

我是一名海洋石油勘探公司的高級工程師，負責海上油氣田的開發與生産。立管是我們連接水下井口和海上平颱的核心樞紐，而渦激振動（VIV）是其麵臨的最嚴峻的挑戰之一。VIV不僅會加速立管的疲勞損傷，降低其使用壽命，更可能導緻嚴重的生産中斷，給公司帶來巨大的經濟損失。因此，我一直密切關注著VIV抑製技術的最新發展。我希望這本書能夠提供關於各種VIV抑製方法——從傳統的導流罩、阻尼器，到更先進的主動控製技術——的詳細技術評估。我特彆關注那些能夠提高抑製效率、降低維護成本、延長立管使用壽命的創新方法。我希望書中能夠包含一些實際的工程數據和案例研究，來驗證不同抑製方法的有效性，並分析其在不同工況下的優缺點。例如，書中是否會分析在極端海況下，哪種抑製方法錶現更佳，或者在不同水深下，如何選擇最優的抑製策略。一本能夠指導我們工程實踐，幫助我們做齣最優化決策的書，是我們最需要的。

評分☆☆☆☆☆

作為一名海洋工程領域的學生，我對“海洋立管渦激振動抑製方法”這個主題充滿瞭好奇和求知欲。在課堂上，我們接觸到瞭一些VIV的基礎理論，但對於如何實際地抑製它，還有很多模糊的地方。我渴望能夠通過閱讀這本書，更深入地理解VIV的形成機理，以及各種抑製技術的設計理念和工作方式。我希望書中能夠用清晰的語言和圖示，解釋各種抑製裝置的構造和工作原理，例如各種阻尼器的類型和作用，導流罩的形狀設計如何影響水流，以及主動控製係統是如何工作的。我希望能看到一些簡單的工程實例，幫助我理解這些復雜的理論是如何應用到實際工程中的。例如，書中是否會介紹一些小型立管模型實驗，或者一些簡單的模擬計算，讓我能夠更直觀地感受到VIV的威力以及抑製方法的有效性。對於學生而言，一本好的教材，不僅要傳授知識，更要激發興趣，引導思考，我希望這本書能成為我學習道路上的一個重要指引。

評分☆☆☆☆☆

作為一名資深的海洋平颱操作人員，我深知立管在惡劣海況下的“心跳”——那是一種持續不斷的、令人擔憂的振動。多年來，我親眼目睹瞭無數次因為渦激振動（VIV）而帶來的設備故障和生産中斷，這些損失不僅是經濟上的，更是對我們團隊士氣的一種打擊。在實際操作中，我們常常麵臨著如何準確判斷VIV的風險等級，以及如何及時采取有效的應對措施的難題。我特彆關注那些能夠“治本”而非“治標”的抑製方法，希望這本書能深入淺齣地剖析各種抑製技術的核心機製，比如如何通過改變水流特性來減弱渦的脫落，或者如何通過增加阻尼來吸收振動能量。我希望書中能有對不同抑製裝置（如導流罩、阻尼器、柔性立管等）在不同海域、不同深度下的實際應用效果進行詳細的評估，甚至提供一些成本效益分析，這對於我們選擇最經濟有效的抑製方案至關重要。我更期待書中能包含一些關於實時監測和預警VIV的方法，這樣我們就能在振動對立管造成嚴重影響之前就采取行動，將風險降到最低。一本好的書籍，不僅要講述“是什麼”，更要告訴我們“怎麼做”，以及“為什麼這麼做”，而這本書，恰恰給瞭我這種期待。

評分☆☆☆☆☆

我是一名海洋科學愛好者，雖然並非專業人士，但我對海洋工程的奇妙之處總是充滿好奇。當我在書店看到這本《海洋立管渦激振動抑製方法》時，我被它深刻的主題所吸引。我知道，海洋立管在海上油氣開采、海底電纜鋪設等領域扮演著至關重要的角色，而它們在海水中受到的各種外力，尤其是渦激振動，是工程師們必須剋服的巨大挑戰。我希望這本書能夠用相對易懂的方式，嚮我這樣的普通讀者介紹VIV現象是如何産生的，它會給立管帶來什麼樣的影響。更重要的是，我希望能瞭解到，工程師們是如何“與海浪搏鬥”，開發齣各種 ingenious 的方法來“安撫”這些在風浪中搖擺的“巨龍”。比如，書裏會不會介紹一些有趣的、非傳統的VIV抑製方法，或者講述一些工程師們在解決VIV問題時遇到的有趣故事？我希望這本書能讓我對海洋工程有更深入的理解，同時也能夠感受到人類在探索和利用海洋過程中的智慧和創造力。

評分☆☆☆☆☆

我對流體力學和結構動力學有著濃厚的興趣，尤其是在海洋工程領域，這兩種學科的結閤造就瞭無數令人著迷的工程挑戰，而海洋立管的渦激振動（VIV）無疑是其中最具代錶性也最棘手的問題之一。我一直關注著VIV抑製技術的發展前沿，希望能找到更高效、更經濟、更環保的解決方案。這本書的齣現，如同在迷霧中點亮瞭一盞燈，讓我看到瞭解決這一復雜問題的希望。我期待書中能夠深入探討VIV産生的流體動力學機製，例如卡門渦街的形成與演變，以及流體與結構相互作用的耦閤過程。同時，我也希望書中能夠詳細介紹當前主流的VIV抑製方法，不僅僅是列舉，更要對其背後的物理原理進行深入的分析，例如不同形狀的導流罩如何改變水流分布，不同類型的阻尼器如何吸收能量，以及新型材料和結構設計如何從根本上降低VIV的發生概率。如果書中還能包含一些數值模擬的案例，或者對實驗數據的詳細解讀，那將是對我理論學習和實際應用的一次巨大提升。我希望這本書能夠激發我更多的研究靈感，為推動VIV抑製技術的發展貢獻綿薄之力。

評分☆☆☆☆☆

作為一名機械設計領域的工程師，我一直對結構振動及其控製有著濃厚的興趣。雖然我的主要工作領域並非海洋工程，但“海洋立管渦激振動抑製方法”這個課題，卻深深吸引瞭我。我理解，VIV是一個典型的流固耦閤問題，其抑製方法的本質在於如何巧妙地改變流場的特性，或者增強結構的耗能能力。我希望這本書能夠從更廣闊的視角，探討VIV抑製的技術原理，不僅僅局限於海洋工程領域，而是能夠涵蓋一些跨學科的創新思路。例如，書中是否會涉及到仿生學在VIV抑製方麵的應用？是否有關於新型材料，如智能材料，在抑製VIV方麵的潛力分析？我更希望書中能夠對各種抑製方法的數學模型進行深入的剖析，這對於我理解其內在機理，甚至藉鑒其思想應用於其他領域，將大有裨益。一本能夠激發我跨界思考，帶來新視角的書籍，將是極具價值的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就透著一股沉穩與專業，深邃的藍色背景模擬著大海的浩瀚，標題“海洋立管渦激振動抑製方法”字體醒目，但又不失典雅，配閤著“Suppression Method of Vortex Induced Vibration of Marine Risers”這一副標題，立刻就能感受到其內容的重要性與技術含量。我是一名海洋工程領域的初級工程師，雖然接觸這個行業時間不長，但很快就體會到立管在深海作業中的關鍵性，以及渦激振動（VIV）帶來的巨大挑戰。在實際工作中，我們經常會遇到因為VIV導緻的立管疲勞損傷、結構失效，甚至引發安全事故的風險，這讓我寢食難安。因此，當我得知有這樣一本專門探討VIV抑製方法的書籍時，我毫不猶豫地購買瞭它，並對其寄予厚望。我期待這本書能夠係統地梳理現有各種VIV抑製技術的原理、優缺點，並且能夠提供一些實際案例分析，幫助我理解這些技術在不同工況下的適用性。尤其是一些新興的、非傳統的抑製方法，我希望能在這本書中找到詳細的介紹和理論依據，這對於我今後的工作實踐將會有極大的幫助。我希望這本書不僅僅是理論的堆砌，更能結閤實際工程經驗，給齣一些行之有效的解決方案和建議，甚至是一些在設計階段就需要考慮的預防措施，這對我來說纔是最有價值的。

評分☆☆☆☆☆

我是一名海洋工程項目的管理者，肩負著項目成本控製和風險管理的重任。海洋立管的渦激振動（VIV）無疑是項目中最具不確定性和潛在風險之一。在項目立項初期，我們就必須對VIV的影響進行充分評估，並製定相應的抑製策略。然而，市麵上關於VIV抑製方法的資料往往零散且不夠係統，導緻我們在方案選擇和技術決策時麵臨很大的睏境。我希望這本書能夠提供一個全麵、權威的VIV抑製方法概覽，能夠清晰地闡述各種方法的適用範圍、技術成熟度、成本效益以及潛在的風險。我尤其關注那些能夠從設計源頭就解決問題的方案，例如通過優化立管布置、改變結構形狀等，以及那些能夠在後期進行有效改造的被動和主動控製技術。我希望書中能夠包含一些行業內的最佳實踐案例，以及不同抑製方法在不同項目中的實際應用經驗，這對於我進行成本效益分析和風險評估至關重要。一本好的管理書籍，應該能夠幫助我們做齣更明智的決策，並最終確保項目的成功交付。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣一名身處高校研究機構的學者來說，一本深入探討“海洋立管渦激振動抑製方法”的專著，無疑是極其寶貴的學術資源。我一直緻力於海洋結構物動力學及其控製策略的研究，而VIV一直是我的研究重點之一。目前，我主要關注的是新型的主動控製方法，以及一些非傳統的抑製技術，比如聲學控製、等離子體控製等，這些方法在理論上具有巨大的潛力，但實際應用中的挑戰也相當大。我非常希望這本書能夠涵蓋這些前沿的研究方嚮，不僅介紹其基本原理，更能提供一些最新的研究進展、實驗結果和理論模型。我希望書中能夠對不同抑製方法的理論模型進行詳細的推導，並與實驗數據進行對比驗證，從而評估其有效性和局限性。此外，對於如何將這些抑製方法與實際工程設計相結閤，我希望能在這本書中找到更具指導意義的內容，例如在設計階段如何選擇最適閤的抑製技術，如何在結構設計中集成這些技術，以及如何評估其長期運行的可靠性和經濟性。一本優秀的研究書籍，應該能夠引領學術前沿，並為未來的工程實踐提供堅實的基礎，這本書，正是我所期待的。

評分☆☆☆☆☆

我是一名海洋工程項目的技術顧問，經常為客戶提供關於結構安全性和可靠性的谘詢服務。海洋立管的渦激振動（VIV）是近年來備受關注的安全隱患，其潛在的破壞性不容忽視。我需要能夠為客戶提供最前沿、最可靠的VIV抑製技術信息，幫助他們做齣明智的投資決策。我希望這本書能夠提供對當前主流VIV抑製方法的全麵、客觀的評價，包括其技術可行性、經濟性、環境影響以及長期可靠性。我尤其關注那些能夠提供實證數據支持的評估，例如通過大量的現場監測數據和第三方驗證報告來證明方法的有效性。我希望書中能夠對比分析不同方法的優劣，並提供一套清晰的評估框架，幫助客戶根據其項目的具體情況，選擇最適閤的抑製策略。一本能夠幫助我為客戶提供專業、有價值建議的書，將是我工作的重要支撐。