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。