海洋立管服役中,当海流、波浪流经立管时会发生涡激振动现象,严重影响立管的使用寿命和海洋油气开发的安全。为了抑制海洋立管的涡激振动,通常采用在立管外部附属抑制装置的方法来减弱立管振动幅度。目前常采用的抑制装置有整流罩、分离盘、螺旋板等。本文基于流固耦合的基本原理,结合整流罩和分离盘抑制装置,对短尾整流罩在低雷诺数和亚临界雷诺数下的涡激振动抑制效果进行了评价。(1)研究结果表明,低雷诺数情况下,整流罩顶角角度θ=90°时,约化速度Ur=3-20范围内均是抑制立管涡激振动;整流罩顶角角度θ=50°、0=70°和短尾整流罩顶角角度θ=50°、θ=70°、θ=90°时,在Ur=3-7范围内出现抑制立管振动的效果,此时顶角角度较小的整流罩和短尾整流罩抑制效果较佳,短尾分离盘长度L=0.25D和L=0.4D时对抑制效果未出现大幅度变化的影响。附属整流罩和短尾整流罩的顶角角度越小所占据的尾流区域越大尾流越向后推移,分离点越靠后,从而旋涡的生成时间和旋涡生成长度越长,抑制效果较好。附属整流罩和短尾整流罩后,约化速度Ur=3-20范围内,对立管的涡激振动振幅作用出现两种情况,一种是常规的初始分支、上分支和下分支的三分支现象(整流罩θ=70°、θ=90°和短尾整流罩θ=70°、L=0.4D;θ=90°、L=0.25D;θ=90°、L=0.4D),一种是驰振现象(整流罩θ=50°和短尾整流罩θ=50°、L=0.25D;θ=50°、L=0.4D;θ=70°、L=0.25D)。(2)亚临界雷诺数范围(Re=1742-6968)内三维流场与二维流场模拟结果的升阻力及旋涡脱落模式基本一致,因此可用二维流场模拟结果近似三维流场模拟结果。通过对二维双自由度涡激振动流固耦合的数值模拟,其结果显示立管振幅、频率以及旋涡脱落变化等特性与经典实验结果基本吻合,验证了本文数值模拟方法的正确性和可靠性。(3)亚临界雷诺数范围内整流罩抑制装置顶角角度θ=50°时,对立管涡激振动抑制效果最佳;短尾整流罩抑制装置顶角角度θ=50°、短尾长度L=0.4D时抑制效果最佳;同顶角角度的短尾整流罩抑制效果好于整流罩,说明附属在整流罩后方的短尾分离盘对立管涡激振动抑制效果起到增强作用。对于短尾整流罩,附属在其后方的短尾分离盘长度L=0.4D时的抑制增强效果高于L=0.25D时;短尾整流罩顶角角度越大,相对于同顶角的整流罩,其附属短尾分离盘后对立管涡激振动抑制效果增强越敏感。短尾整流罩顶角角度θ--90°、短尾长度L=0.4D时,相对于同顶角的整流罩,其对立管涡激振动抑制增强程度明显高于短尾整流罩顶角角度θ=50°、短尾长度L=0.4D时相对于同顶角的整流罩。(4)亚临界雷诺数范围内旋转摩擦力是影响短尾整流罩抑制效果的关键因素。旋转摩擦力过大的时候,引起短尾整流罩不稳定旋转,此时不同结构的短尾整流罩对立管涡激振动抑制效果不同,约化速度Ur=3-6范围内,旋转的短尾整流罩对立管涡激振动均出现抑制效果,约化速度Ur=7-12范围内,对立管涡激振动出现增强效果且短尾整流罩顶角角度越小时,振幅增强效果越大,其旋转在一定程度上增大立管的振幅,起到了增强立管振动的反作用;旋转摩擦系数较小时,表现出较好的抑制效果,其旋转摩擦力τf=0.15Nm/m时对立管涡激振动抑制效果最佳。