15654.沖蝕固床上海底子母管結構水動力特性的數值研究

1、碩士學位論文沖蝕固床上海底子母管結構水動力特性的數值研究Numericalstudyofhydrodynamiccharacteristicsonsubmarinepiggybackpipelinesuspendedoverscouredtrenches學號：21106213大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要本文采用數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

2、力特性，為工程設計人員進行海底子母管線的設計和安全性評估工作提供了有價值的科研理論成果和指導。本文采用三步有限元法離散雷諾方程，并通過標準缸∞模型來模擬水波的湍流運動，采用CLEARVOF法捕捉水體的自由表面，利用可吸收式無反射造波技術建立了數值波浪水槽。文中通過數值計算結果和物理模型試驗數據的對比，從波面歷時曲線、管線水動力荷載歷時曲線、管線周圍渦脫模式三個方面驗證了數值計算結果的可靠性。本文的數值模型可以用來進行子母管結構的水動力特

3、性的研究。本文基于所建立的數值水槽，數值研究了底床上沖蝕坑的存在對子母管線的水動力荷載的影響，并考察了渦的運動和管線所承受的荷載的振蕩變化特征之間的關系，分析了沖蝕坑相對深度肋、KC數對子管和母管的拖曳力系數、慣性力系數、升力系數以及升力振蕩頻率的影響。研究結果表明，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，子母管周圍的渦量場重復進行著

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到極值。隨著沖蝕坑相對深度的增大，母管的拖曳力系數呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，母管的慣性力系數和正向升力系數逐漸減小并趨向于平穩(wěn)，負向升力系數則不斷增大，而沖蝕坑深度的變化對子管水動力系數的影響很小。通過對沖蝕固床上單管結構和子母管結構的水動力荷載進行對比，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)為負向。隨著KC數的