涡激振动

在流体动力学，涡激振动（VIV）是诱导的运动机构与外部相互作用的流体流动，通过产生的-或产生运动- 周期性凹凸上该流程。

一个典型的例子是水下圆筒的VIV。通过将圆柱体放入水中（游泳池、甚至是水桶）并沿垂直于其轴线的方向在水中移动，您可以看到这种情况。由于实际流体始终呈现某种粘度，因此圆柱体周围的流动在与圆柱体表面接触时会变慢，从而形成所谓的边界层。但是，在某些时候，该边界层可能会由于其过度弯曲而与主体分离。然后形成涡流，改变沿表面的压力分布。当涡流在身体周围（相对于其中平面）不对称形成时，不同的升力在身体的两侧发展，从而导致横向于流动的运动。该运动以导致有限的运动幅度的方式改变了涡旋形成的性质（与通常的共振情况不同）。

从电缆到热交换器管阵列，VIV体现在许多不同的工程领域。这也是海洋结构设计中的主要考虑因素。因此，对VIV的研究是许多学科的一部分，包括流体力学、结构力学、振动、计算流体力学（CFD）、声学、统计学和智能材料。

它们在许多工程情况下都会发生，例如桥梁、烟囱、传输线、飞机控制面、近海结构、热井、发动机、热交换器、船舶电缆、拖曳电缆、石油生产中的钻井和生产立管、系泊电缆、系泊结构、系留结构、浮力和翼壳、管道、电缆敷设、夹套结构的成员以及其他流体动力和水声应用。对长圆柱形构件的最新兴趣来自于1000 m或更大深度的碳氢化合物资源的开发。

涡激振动（VIV）是海上石油勘探钻井、出口、生产立管（包括钢悬链立管（SCR）和张紧腿平台（TLP）肌腱或系绳）疲劳损坏的重要来源。这些细长的结构同时经历电流流动和顶端容器运动，这两者都会引起流动结构的相对运动并引起VIV。

流体力学中的经典开式流动问题之一是围绕圆柱体或更通常是钝体的流动。在非常低的雷诺数（基于圆形构件的直径）下，所得流的流线是完全对称的，这是势能理论所期望的。但是，随着雷诺数的增加，流量变得不对称，出现了所谓的卡尔曼涡街。可以利用由于涡流脱落而产生的气缸的运动来产生电能。

在广泛的流速范围内，气缸的斯特劳哈尔数为0.2。当涡旋脱落频率变得接近结构的固有振动频率时，就会发生锁定现象。当这种情况发生时，可能会导致破坏性的振动。

在过去的十年中，尽管在低雷诺数体系中，在理解VIV 的运动学（动力学）方面，在数值和实验上都取得了很大的进步。这样做的根本原因是，VIV不是叠加在平均稳定运动上的小扰动。它是一种固有的非线性，自我控制或自我调节的多自由度现象。它具有非稳态流动特征，表现为存在两个非稳态剪切层和大型结构。

在经验/描述性知识领域有很多已知和理解的内容，其中包括：主要的响应频率，归一化速度的范围，相角的变化（力导致位移的方向）和响应幅度在同步范围内，取决于控制和影响参数，工业应用突出了我们无法预测流体-结构相互作用的动态响应。他们继续要求输入升力系数（或横向力）、串联阻力系数、相关长度、阻尼系数、相对粗糙度、剪切力、波动和电流的同相和异相分量以及其他控制和影响参数，因此也需要输入相对较大的安全系数。基础研究以及大规模实验（当这些结果在公开文献中传播时）将为量化结构响应与控制和影响参数之间的关系提供必要的理解。