15654.沖蝕固床上海底子母管結(jié)構(gòu)水動(dòng)力特性的數(shù)值研究

1、碩士學(xué)位論文沖蝕固床上海底子母管結(jié)構(gòu)水動(dòng)力特性的數(shù)值研究Numericalstudyofhydrodynamiccharacteristicsonsubmarinepiggybackpipelinesuspendedoverscouredtrenches學(xué)號(hào)：21106213大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要本文采用數(shù)值模擬的方法研究了沖蝕固床上的子母管線在規(guī)則波作用下的水動(dòng)

2、力特性，為工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行海底子母管線的設(shè)計(jì)和安全性評(píng)估工作提供了有價(jià)值的科研理論成果和指導(dǎo)。本文采用三步有限元法離散雷諾方程，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)缸∞模型來(lái)模擬水波的湍流運(yùn)動(dòng)，采用CLEARVOF法捕捉水體的自由表面，利用可吸收式無(wú)反射造波技術(shù)建立了數(shù)值波浪水槽。文中通過(guò)數(shù)值計(jì)算結(jié)果和物理模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，從波面歷時(shí)曲線、管線水動(dòng)力荷載歷時(shí)曲線、管線周?chē)鷾u脫模式三個(gè)方面驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可靠性。本文的數(shù)值模型可以用來(lái)進(jìn)行子母管結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力特

3、性的研究。本文基于所建立的數(shù)值水槽，數(shù)值研究了底床上沖蝕坑的存在對(duì)子母管線的水動(dòng)力荷載的影響，并考察了渦的運(yùn)動(dòng)和管線所承受的荷載的振蕩變化特征之間的關(guān)系，分析了沖蝕坑相對(duì)深度肋、KC數(shù)對(duì)子管和母管的拖曳力系數(shù)、慣性力系數(shù)、升力系數(shù)以及升力振蕩頻率的影響。研究結(jié)果表明，沖蝕坑的存在使得子管和母管的水平力和升力幅值比平底地形時(shí)的有所減小，子管升力和母管升力的振蕩出現(xiàn)倍頻現(xiàn)象，且存在一定的相位差。在規(guī)則波浪作用下，子母管周?chē)臏u量場(chǎng)重復(fù)進(jìn)行著

4、渦的脫落和反向粘附現(xiàn)象，而渦的脫落和反向粘附使得子管升力和母管升力達(dá)到極值。隨著沖蝕坑相對(duì)深度的增大，母管的拖曳力系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，母管的慣性力系數(shù)和正向升力系數(shù)逐漸減小并趨向于平穩(wěn)，負(fù)向升力系數(shù)則不斷增大，而沖蝕坑深度的變化對(duì)子管水動(dòng)力系數(shù)的影響很小。通過(guò)對(duì)沖蝕固床上單管結(jié)構(gòu)和子母管結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力荷載進(jìn)行對(duì)比，得出子管的存在使得母管的水平力幅值減小約50％，而母管的升力幅值則有所增大，且升力的方向更多的表現(xiàn)為負(fù)向。隨著KC數(shù)的