Navier-stokes problems

纳维斯托克斯问题

基本信息

  • 批准号:
    183610-2009
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.53万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2013-01-01 至 2014-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

When cylindrical structures in ocean engineering and undersea technology are exposed to ocean currents and/or waves, they may experience structural vibrations. One of these instabilities involves vortex shedding, which can cause a serious threat to the integrity and fatigue life of structure. This program of research focuses on the unsteady flow around a horizontal cylindrical body in the absence or presence of a free surface which is a classical topic within hydrodynamics. In nature, a special type of fluid boundary which separates two fluids with different physical properties, for example water and the air in the Earth's atmosphere is known as a free surface. Representative structures having cylindrical geometry include towing cables, which may be inclined at an angle with respect to the free surface: in some cases they may be at a shallow angle with respect to the free surface, thereby approximating a horizontal orientation. Moreover, offshore platforms typically have horizontal, cylindrically shaped members. The knowledge of this kind of fluid motion has attracted considerable attention from many mechanical and civil engineers working in the offshore field, since the rapid expansion of the offshore industry in the 60s. Fluid motion causes forces to be exerted on structures immersed in them due to vortex shedding. Resonant oscillations caused by these forces may destroy riser pipes of an oil production system in the ocean. Thus, the proposed research studies are of considerable and practical importance in the stability and safety of engineering structures. The intent is to produce useful information about the relationship between physics of fluid motion of this type and the impact (drag and lift forces) of the fluid motion on the cylindrical body. The ultimate objective is, of course, the understanding, prediction, and prevention of vortex- or flow-induced vibrations. The present program of research requires the solution of the well known Navier-Stokes equations using applied mathematical analyzes, numerical simulations and comparisons with experimental observations whenever possible. Comparisons with experiments provides an estimate of the limits of our numerical simulations of very complex flows.
当海洋工程和海底技术中的圆柱形结构暴露在洋流和/或波浪中时,它们可能会经历结构振动。其中一种不稳定性是涡脱落,它会对结构的完整性和疲劳寿命造成严重威胁。该研究计划的重点是在没有或存在自由表面的情况下绕水平圆柱体的非定常流动,这是流体力学中的经典课题。在自然界中,一种特殊类型的流体边界将两种具有不同物理性质的流体分开,例如地球大气中的水和空气,称为自由表面。具有圆柱形几何形状的代表性结构包括拖曳缆线,其可以相对于自由表面以一定角度倾斜:在某些情况下,它们可以相对于自由表面成浅角度,从而近似水平取向。此外,海上平台通常具有水平的圆柱形构件。自从60年代海洋工业迅速发展以来,这种流体运动的知识已经引起了许多在海洋领域工作的机械和土木工程师的极大关注。由于旋涡脱落,流体运动导致力施加在浸入其中的结构上。由这些力引起的共振振荡可能破坏海洋中的石油生产系统的立管。因此,建议的研究工作在工程结构的稳定性和安全性方面具有相当的实际意义。目的是产生关于这种类型的流体运动的物理学和流体运动对圆柱体的影响(阻力和升力)之间的关系的有用信息。当然,最终目标是理解、预测和预防涡激或流激振动。目前的研究方案需要尽可能使用应用数学分析、数值模拟和与实验观测的比较来解决众所周知的Navier-Stokes方程。与实验的比较提供了我们的数值模拟非常复杂的流动的限制估计。

项目成果

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