Page 254 - 《振动工程学报》2026年第5期
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1458 振 动 工 程 学 报 第 39 卷
11.2 和 14.5 Hz 两个主要频带，分别对应 5 阶和 6 阶 致振动响应机制，对理解实际海洋工程中两相流动
模态，其对应的流体力权重显现出周期性的强弱交 力学特性，完善多相流-结构相互作用理论模型及对
替 变 化 。至 t=10 s 后 ， 主 振 模 态 跳 跃 至 10.7 Hz 频 应的工程应用具有一定的参考价值。由于所依托试
带。顺流向力的时间-频率的希尔伯特谱密度特性 验没有涉及有关段塞流的内容，与段塞流相关的数
如图 14(d) 所示，在 t∈(2 s, 9 s) 时段，5、6 阶模态共 值仿真结果待进一步验证。
存，但其对应的流体力权重呈现出明显的时域依赖
性。在 t∈(2 s, 5 s) 时段，5 阶模态对应的流体力占主 参考文献：
导，6 阶模态对应的流体力呈间歇性出现；5 阶模态
转为间歇性出现。随后在 t∈(10 s, 14 s) 时段，6 阶模 [1] 郭晓强，李潇，柳军，等. 高温高压高产气井油管柱三维
态对应的流体力权重迅速衰减，5 阶模态对应的流体 非线性流致振动模型 [J]. 振动工程学报，2022，35（4）：
力权重重新占据主导地位。同时，10.7 Hz 的频带开 920-931.
始显现，其对应的流体力权重与 11.2 Hz 频带的流体 GUO Xiaoqiang， LI Xiao， LIU Jun， et al. 3D nonlinear
力权重稳定共存。 flow-induced vibration model of tubing string in high-pres-
基于内流力时程曲线及时间-频率的希尔伯特谱 sure，high-temperature and high-yield gas wells[J]. Journal of
Vibration Engineering，2022，35（4）：920-931.
密度特性的分析发现，随气体体积分数增加：（1）管
[2] 鲍健. 内外流作用下输液管线涡激振动数值研究 [D]. 舟
内气液段塞效应增强，混掺程度提高。内流力波动
山：浙江海洋大学，2021.
长周期“群性”特征逐渐增强，由初始的不甚明显状
BAO Jian. Numerical study on vortex-induced vibration of
态演变为清晰可见，在此过程中内流力波动幅度随
fluid-conveying pipeline under external current and internal
之递减。（2）在时间-频率的希尔伯特谱密度图中可
flow[D]. Zhoushan：Zhejiang Ocean University，2021.
以观察到，泻涡脱落频率与固有模态频率的差异，促 [3] 欧阳飞，任浩杰，付世晓，等. 计及内输流作用的立管涡
使弹性管多模态现象存续，在高气液比时尤为显著； 激振动响应特性研究 [J]. 船舶工程，2022，44（8）：151-
且多模态竞争、共存和流-固耦合作用下的能谱密度 161.
变化，更易引起横流向和顺流向各模态流体力权重 OUYANG Fei，REN Haojie，FU Shixiao，et al. The study
呈现间歇性波动。 on VIV responses of a flexible riser considering internal
flow[J]. Ship Engineering，2022，44（8）：151-161.
3 结 论 [4] CHEN Z S， WANG S. Temporal-spatial analysis on multi-
mode interaction of a flexible pipe subject to external current
and internal flow[J]. Ocean Engineering， 2023， 280：
本研究针对外部均匀流和内部段塞两相流条件
114671.
下弹性管的流致振动现象，开展了流-固耦合数值研
[5] MENG S， ZHANG X Q， CHE C D， et al. Cross-flow
究，相关结论归纳总结如下：
vortex-induced vibration of a flexible riser transporting an
（1）弹性管的振动特性受到段塞流气液比与泻 internal flow from subcritical to supercritical[J]. Ocean Engi-
涡发放频率协同作用的影响。泻涡发放频率接近管 neering，2017，139：74-84.
体固有频率时，气液比增加导致内流等效质量减小， [6] LOU M，DING J，GUO H Y，et al. Effect of internal flow
弹性管的无因次振幅（RMS A/D）逐渐增大。 on vortex-induced vibration of submarine free spanning
（2）弹性管不同位置处内/外流体力比值受气液 pipelines[J]. China Ocean Engineering，2005，19（1）：147-
比影响显著。随着内流气体比例的增加，内/外流体 154.
力比的最大值在固定端附近及管轴中点出现局部极 [7] 段金龙，高嵩，张新曙，等. 气液混输管线系统严重段塞
值；与此同时，内流体力对弹性管振动整体动力学响 流理论模型 [J]. 上海交通大学学报，2016，50（8）：1286-
1293.
应的贡献逐渐减弱。
DUAN Jinlong，GAO Song，ZHANG Xinshu，et al. Theo-
（3）随着气液比的增加，管内气液段塞效应增
retical model of gas-liquid severe slugging in pipeline-riser
强。内流体力波动长周期“群性”特征逐渐增强，而
systems[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University，
波动幅度递减；此外，多模态竞争、共存和流-固耦合
2016，50（8）：1286-1293.
作用下的能谱密度变化，更易引起横流向和顺流向
[8] 高岳，朱红钧，赵宏磊，等. 水动力段塞诱导的柔性立管
流体力权重呈间歇性波动。
振动响应实验研究 [J]. 水动力学研究与进展（A 辑），
弹性管含段塞内流的流致振动特性受多种因素 2020，35（5）：649-655.
影响，包括内流速度、压力变化及流体特性等。本 GAO Yue，ZHU Hongjun，ZHAO Honglei，et al. Experi-
研究观察到的外流与段塞内流联合作用下弹性管流 mental investigation on slug flow-induced vibration of cate-
