[发明专利]一种拖曳式温盐深测量仪柔性缆绳涡激振动分析方法

权利要求书

1.一种拖曳式温盐深测量仪柔性缆绳涡激振动分析方法，其特征在于，包括：

S1.建立缆绳的涡激振动隐式方程；

S2.建立缆绳的涡激振动方程的增量有限元方程；

S3.进行循环迭代计算；

S4.采用流体力学仿真软件FLUENT进行模拟仿真；

缆绳的涡激振动隐式方程具体为：

；

其中，为流体附加质量，，为附加质量系数，流体附加阻尼，，其中，F为涡脱频率，，脉动拖曳力，，为平均阻力系数，为涡激升力，， 为流体密度，D为缆绳直径，为涡旋泄放频率，t为时间，为斯托哈尔数，m为缆绳的质量， c为结构阻尼，计算时忽略； 为缆绳的结构刚度，N为缆绳轴向张力， x、、分别为缆绳顺流向的位移、速度和加速度，y、、分别为缆绳横向的位移、速度和加速度，脉动拖曳力系数，涡激升力系数，U表示流场的速度矢量，表示来流速度，v缆绳的速度矢量，其坐标分别为和，即，i和j分别为x轴和y轴的单位矢量，脉动拖曳力的频率系数，非锁定区，锁定区；为相对速度矢量U-v与速度矢量U的夹角，为缆绳的湿模态频率，为质量比，锁定区中，，非锁定区中，，，，其中、、、的计算公式统称为节点增量载荷计算式；

缆绳的涡激振动方程的增量有限元方程采用迭代法计算：

，式中，为缆绳质量矩阵，为缆绳阻尼矩阵，为缆绳刚度矩阵，为节点增量加速度，，为节点增量速度，，为节点增量位移，，为节点增量载荷，；，，n为节点总数；

S3包括：S3.1.令，将初值和依次带入节点增量载荷计算式，计算出，再代入增量有限元方程，由时程分析法计算出和；

S3.2.将和依次代入节点增量载荷计算式计算，再代入增量有限元方程，由时程分析法计算出和，此时，，如此反复迭代至收敛条件：，得到满足为计算人员设定的精度条件，此时，，s为时间步的迭代次数；

S3.3.令和，开始下一个时间步的计算，将上一个时间步的计算结果和依次代入节点增量载荷计算式计算，再代入增量有限元方程，由时程分析法计算出和；

S3.4.将和依次代入节点增量载荷计算式计算，再代入增量有限元方程，由时程分析法计算出和，此时，，如此反复迭代至收敛条件：，此时，，s为时间步的迭代次数，重复S5、S6两步，直至时间达到预先设定的计算时长。

2.根据权利要求1所述的一种拖曳式温盐深测量仪柔性缆绳涡激振动分析方法，其特征在于，S4采用适于高雷诺数模拟的k-ε模型，k-ε模型的基本控制方程如下：

连续性方程:，

动量矢量方程：；

式中为有效粘性系数，且，μ为动力粘性系数，为湍流粘性系数，其中，为常数，一般取，为修正压力，，k和ε值可由双方程得出；

湍流动能k方程：；

湍流动能耗散率方程：；

其中、、、为常数，、、、，剪切生成项G的取值根据下式得出：

，在Fluent软件中选择mixture多项流模型中的k-ε湍流模块进行定常计算，计算迭代步长设定为1000步，采用二阶迎风差分格式，对动量、湍动能的进行计算处理，压力速度耦合采用SIMPLE算法以提高计算精度。