涡激振动/涡激运动子系统

1、课题名称：涡激振动/涡激运动子系统
    随着海洋油气开发不断向深水推进，用于连接油气开发浮体结构/装备与海底的各种管线结构也变得更加细长，在洋流作用下这些管线结构面临绕圆柱泄涡诱发的涡激振动（VIV）导致结构的疲劳破坏问题。与涡激振动问题类似，具有垂向立柱结构的大型深海平台，在来流作用下会产生因周期性漩涡脱落而诱发的涡激运动现象。涡激运动会影响海洋平台的正常作业，加剧锚链和立管的疲劳破坏。因此准确预报涡激振动/涡激运动作用特性，对于保证深海油气开发的可靠性和安全性有重要的意义。
     本课题采用高精度CFD模型与高效的经验预报模型相结合的方法，以立管涡激振动和平台涡激运动的软件开发为研究目的，发展涡激振动/涡激运动分析的理论模型及其数值计算方法；开发基于不同需求的涡激振动流固耦合软件和涡激运动软件，集成耦合海洋环境条件、边界条件、前后处理模块等各种标准化和智能化模块与技术，构建完整的涡激振动和涡激运动预报软件系统。

课题主要开展以下研发工作：
    三套软件系统的开发：涡激振动（VIV）快速虚拟试验系统、涡激振动（VIV）精细虚拟试验系统和涡激运动（VIM）虚拟试验系统；
    三套软件系统的比较验证：利用文献已有的典型物理试验和商业软件数值计算结果、本课题设置的原理性试验和标模试验，对该三套软件系统进行比较验证；
    三套软件系统的工程应用评估：通过工业界的应用示范与应用反馈对三套软件系统进行工程应用评估。

    在此基础上形成完整的涡激振动和涡激运动数值水池系统，从而为深海立管和深海平台的设计和运行提供有效可靠的分析工具。其中：
    VIV快速虚拟试验系统可在较短的时间内完成海洋管线涡激振动虚拟试验，获得海洋管线的自然频率和振型、动力学响应和管线变形等虚拟试验结果，可模拟的立管长径比（长度/直径）能达到1000以上，雷诺数达106以上；
    VIV精细虚拟试验系统可获得不同洋流条件下不同长径比柔性立管绕流特性、尾涡变化、动力学响应、模态特征等虚拟试验结果，可模拟的立管长径比（长度/直径）能达到1000以上，雷诺数达106以上；
    VIM虚拟试验系统可获得不同折合速度下不同吃水深度海洋平台的运动响应参数、运动轨迹和尾涡脱落特性等虚拟试验结果，可计算平台吃水深度径比（深度/直径）达到10，最大雷诺数达107。

2、课题负责人的简介

 

万德成，博士生导师
 

    万德成，教育部长江学者特聘教授，上海交通大学特聘教授，上海东方学者特聘教授，博士生导师，上海浦江人才基金获得者，教育部新世纪优秀人才计划入选者。上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院副院长。
    主要研究方向为船舶与海洋工程水动力学，计算流体力学的基础理论及其应用，船舶与海洋工程数值水池研究与开发，海上新能源装置研究与开发等。已发表论文280余篇，其中SCI和EI收录110余篇，自主研制开发了船舶与海洋工程非定常粘性流动求解软件系统naoe-FOAM-SJTU和MLParticle-SJTU，获国家软件著作权12余项。主持负责过国家自然科学基金课题、国家863课题、工信部创新专项课题、教育部博士点基金等多项国家科研课题。2014年获上海交通大学TOP1%优异学士论文指导老师奖；2010年、2013、2016年三次被评为上海交通大学优秀教师；2012年获国际离岸与极地工程学会(ISOPE)最佳组织奖；2008年和2011年两次获上海市白玉兰科技人才基金资助；2010年获上海交通大学精品课程奖，2016年获上海市高校精品课程奖。现担任5个国际杂志《Ocean Engineering》，《Journal of Ocean Wind Energy》，《Journal of Shipping Ocean Engineering》，《International Journal of Naval Architecture Ocean Engineering》，《Journal of Ocean Science Technology》编委，和6个国内杂志《水动力学研究与进展》，《海洋工程》，《船舶力学》，《中国舰船研究》，《力学季刊》，《Journal of Hydrodynamics》，《Journal of  Marine Science Applications》编委。是国际离岸与极地工程学会(ISOPE)技术委员会委员，ISOPE水动力学委员会副主席，国际船模拖曳水池会议(ITTC)专业委员会委员，国际船舶CFD会议指导委员会委员，全球华人计算力学学会常务理事，中国力学学会计算力学委员会特邀委员，韩国KAIST大学海洋系统工程系国际咨询委员会委员，中国船舶力学学会计算流体力学学组副组长，中国海洋学会军事海洋学专业委员会委员，上海力学学会理事。