圆柱绕流是流体力学中的一个典型问题,其中涡激振动是工程中常见的一个重要而又困难的流固耦合问题。在海洋工程结构中,圆柱状结构应用广泛,如海洋平台的桩柱、立管系统及系泊缆等,其中立管系统是联系水面浮式平台装置和海底设备的桥梁。随着石油开采水深的增加,对立管系统的技术要求也日益提高。在海流的作用下,立管系统有可能会发生共振,造成立管系统的疲劳损伤。因此,本文以海洋石油平台立管系统中的圆柱结构为背景,开展圆柱体涡激振动的数值模拟基础性研究。首先,本文对国内外圆柱体绕流以及涡激振动的实验和数值模拟成果进行了总结,同时系统地阐述了涡旋脱落的机理、涡激振动的相关参数以及湍流运动和流固耦合问题的数值模拟方法和控制方程。其次,本文对雷诺数Re等于3900的单圆柱绕流进行了数值模拟,通过与文献实验结果对比来验证数值模型的可靠性和适用性。数值模拟结果表明,k-?系列湍流模型得出的结果比k-?系列的湍流模型与试验结果相比更为接近,SST k-?湍流模型得到了更符合实验结果的计算值。y(10)值、圆周网格数、壁面函数和背景湍流强度的设置对计算精度都有一定的影响。为了对数值模型的可靠性进行更严格的验证,进一步针对不同雷诺数下固定单圆柱、不同排列方式下的双圆柱绕流、不同雷诺数下的单圆柱涡激振动问题等情况开展了数值研究。通过与文献实验结果对比,验证了数值模型的可靠性。最后,本文对较低和较高雷诺数时下的串列双圆柱涡激振动问题进行了数值模拟研究,计算结果显示,较高雷诺数时,上游圆柱横向无量纲振幅随折合速度Ur的变化情况与单圆柱涡激振动时相似,下游圆柱与单圆柱时相比锁定状态跨度较大。当圆心间距比L/D较小时,圆柱后方的涡旋脱落中存在两个斯特劳哈尔数St数,而随着折合速度Ur的增大,最后变为一个并且维持在0.2附近。而随着折合速度和L/D取值的不同,上下游圆柱所受的阻力系数和后方的流场形态也有相应的变化。对于上游圆柱固定不动,只有下游圆柱发生横向振动和上下游圆柱同时发生横向振动两种情况而言,下游圆柱的横向振动振幅与两圆柱同时振动时基本相同。较低雷诺数时的情况与较高雷诺数时的情况相似。