涡激振动中新型Van der Pol参数拟合及其在深海采矿立管中的应用研究

本文推荐一项关于涡激振动（VIV）预测模型的重要改进研究。作者通过数学推导与实验拟合相结合，开发了新型Van der Pol参数，构建了双向（IL/CF）尾流振子模型。该模型采用中心差分法求解，显著提升了振幅预测精度，尤其改善了顺流向振动低估问题，为深海采矿立管等柔性结构的涡激振动响应预测及工程安全评估提供了重要工具。

　　

Section snippets

Model description

本节介绍了一个双向自由度的尾流振子模型（wake oscillator model）。同时，还阐述了新型Van der Pol参数的推导过程及其实验拟合方法。

Model validation

本节验证了新型Van der Pol参数的准确性。对比分析在四种构型下进行：（1）二维刚性立管，（2）具有不同张力的三维柔性立管，（3）均匀流，以及（4）剪切流。所有对比计算均采用与实验条件一致的参数。

Application on deep-sea mining risers

本节通过数值模拟研究了新型Van der Pol参数对实际深海采矿立管的影响。为了更好地逼近真实工况，模型已纳入内部流动效应，并进行了以下参数修正：ρ_i, U_i 和 m_i 分别是内部流体的密度、速度和单位长度质量。使用余弦函数对...进行建模。

Conclusions

通过数学推导与实验拟合相结合，开发了一套新型Van der Pol参数。推导了所提出的尾流振子模型的峰值VIV振幅和锁频区表达式，并利用实验数据确定了表达式内的Van der Pol参数（第2节）。随后，通过与各类实验和数值结果的比较，验证了新型Van der Pol参数的可靠性（第3节）。此外，还进行了...