往复流作用下海底管线冲刷模拟研究

海底管线冲刷悬空是诱发管道涡激振动破坏的一个主要原因。为更好地对管线冲刷悬空情况进行评估,本文应用水动力-泥沙冲刷耦合模型,对往复潮流作用淤泥质海床海底管线局部冲刷过程进行了模拟研究,模型采用标准k-ε紊流方程对N-S方程进行封闭,控制方程采用有限差分法进行离散,模拟结果表明,双向潮流作用下,管道局部冲刷轮廓基本呈现对称状态,其最大冲刷深度位置因水流流速的转向而有所摆动,往复流引起的冲刷深度较恒定流情况减小约20%左右。     

斜向波浪作用下海底管线周围水动力特性数值研究

管线周围的水动力因素是管线冲刷的主要原因之一。基于OpenFOAM开源程序,结合改进后的速度入口造波法,建立三维波浪数值水槽,耦合分离涡紊流模拟方法,对管线周围水动力特性进行研究。分析了波浪入射角为30°、45°、60°和90°和KC数为5、8和11的波浪作用下,管线周围的流场结构进行分析,探讨入射角和KC数对管线周围水流结构的影响规律。结果表明:波浪作用下,入射角和KC数对管线周围水流结构具有较明显的影响。且随入射角增大,管上表面水流分离现象明显,管后正负涡量相邻分布的特征减弱;随KC数增大,管线附近涡量分布范围增大,正负涡量逐渐分离。     

直立堤前海床的冲刷

本文对立波，远破波，近破波作用下直立堤前海床的冲刷进行了系统的研究。指出了不同波浪作用下直立堤前海床的冲刷形态；分析了堤前冲刷机理；提出了不同波浪作用下堤前冲刷深度公式。     

基于声学的海底管线局部冲刷监测方法研究

海底管线局部冲刷是影响海底管线安全运行的一个重要因素。分析了当前海底管线局部冲刷监测的常用方法和海底管线局部冲刷造成的危害;提出了基于声学的海底管线局部冲刷监测方法并针对监测内容提出了相应的实施方案;通过工程应用分析和潜水员水下探摸比较,证明了该监测方法实施方便、有效。更多还原     

基于多因素协同作用的沿河公路护岸冲刷深度分析与计算

确定河道中河流最大冲刷深度,是决定沿河公路路基埋深的基础,对保障沿河公路安全有重要意义。为建立简便的冲刷深度计算公式,在室内进行了不同弯道角度、流量下的河流冲刷模型试验。结果表明,在直道段顺水流方向冲刷深度变化幅度不明显,随着流量的增大,直道段各断面冲刷深度随之增大;在弯道段,顺水流方向冲刷深度呈现先增大后减小的趋势,同时在进入弯道后,受弯道环流的影响,两岸的冲刷深度差逐渐增大,在部分工况下甚至出现了凹岸冲刷严重而凸岸淤积的现象;河流最大冲刷出现的位置在弯道出口下游处,随着弯道角度与流量的增加,逐渐向弯道出口处迁移。河流最大冲刷深度与流量和弯道角度存在线性关系,与相对流速和水深存在幂函数关系。在此基础上,综合考虑水深、相对流速和弯道角度耦合作用,建立了适用于河道直段与弯段的河流最大冲刷深度计算公式,可用于河道直段与弯段最大冲刷深度的计算。     

随机波浪作用下海底管线与海床的相互作用研究

针对随机波浪作用下海底管线的动力响应是设计中需考虑的重要因素,考虑波浪随机特性、管-土接触和惯性效应,建立了二维有限元管-土相互作用的数值计算模型,开展了摩擦系数、埋深、管径、海床渗透系数对管周孔隙水压力、管线竖向位移及其内部正应力影响的数值模拟研究。研究成果可为海底管线设计提供技术参考。更多还原     

穿河管道河床冲刷的改进计算模型及应用

合理确定管道埋深是保证管道穿越工程安全的重要因素,以马惠宁输油管道穿越黄河段为例,在现有河床冲刷深度计算经验公式的基础上,考虑黄河上游洪水来沙因素,分别建立两种新的冲刷深度计算模型,并与常用冲刷公式进行比较。结果表明:1新建冲刷模型计算结果相对误差偏大,但对管线的设计安全相对有利,在没有规范公式的前提下,实际工程应用中可作为参考。2改进冲刷模型考虑了时间因素以及洪水冲刷过程中冲刷率随流量、沙量变化因素,根据该公式确定管道埋深的安全裕量适中,对于管道穿越黄河段河床冲刷深度计算更合理。     

稳定流态下海底管线局部冲刷有限元数值模型

为了获得海底管线局部冲刷发展过程中不同时刻的床面形态,建立了一个有限元数值模型来模拟稳定水流下海底管线的局部冲刷。采用非定常雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型模拟水流流动,通过求解Exner方程计算床面变化,利用动网格技术展现床面变化历程,分别采用特征线法和有限元法对方程进行时间和空间离散。通过二维方形钝体绕流和Mao的清水冲刷试验对模型进行了验证。结果表明,模拟结果与试验数据吻合较好,所建模型可用于模拟海底管线局部冲刷。     

关于波浪冲刷作用的下界深度

波浪对水工建筑物水下斜坡及海岸、庫岸的冲刷作用所能达到的最大深度,H_0,称为波浪冲刷作用的下界深度。在海岸动力学上,把它叫作水下浅滩的外界深度。对这一深度的正确认识,在工程技术或海岸动力学及库岸变形的研究上,都具有很大意义。本文将利用波浪最大底流速与泥沙不冲流速相等的假設,推导出計算波浪冲刷下界深度的理論公式,并用模型試驗,对公式进行驗証。     

孤立波对淹没平板作用力的经验预报模型

该文通过物理模型实验和理论推导,研究了孤立波对淹没结构的载荷经验预报问题。基于狭道流动假设,推导了孤立波中临界淹没平板的Froude-Krylov力,得到了表征水平波浪力、垂向波浪力和倾覆力矩等水动力载荷系数有关的无量纲复合因子。考虑波高和淹没深度对水动力载荷系数的影响,采用基于六分力天平组测量得到的孤立波经过平板时受到的水动力载荷,分别拟合了用复合因子和简单因子表征的经验公式,结果表明,基于复合因子给出的拟合公式较为简洁。基于无量纲复合因子,进一步考虑平板淹没深度的影响,在实验给定平板厚度和长宽比的条件下,建立了平板所受波浪载荷系数随孤立波相对波高、相对板长和相对淹没深度变化的经验公式。结果表明,在临界淹没状态下,随着相对波高增大,水平波浪力和垂向波浪力的首个极值系数均变大,其第二个极值系数均变小;俯仰力矩系数的前两个极值系数变大,而第三个极值系数变小;随着相对淹没深度增大,水平波浪力和垂向波浪力的极值系数均变小,俯仰力矩的第二个极值系数也变小。     

落脚河水电站岔管及支管结构设计

大方县落脚河水电站采用钢筋混凝土岔管、钢筋混凝土支管、钢支管结构设计,在满足结构安全性和耐久性的要求,保证结构的强度和刚度的条件下,该电站采用钢筋混凝土岔管、钢筋混凝土支管、钢支管结构达到了方便施工,节约工程投资,加快施工进度和经济适用的目的。     

FLOW-PIPE-SEEPAGE COUPLING ANALYSIS OF SPANNING INITIATION OF A PARTIALLY-EMBEDDED PIPELINE

The initiation of pipeline spanning involves the coupling between the flow over the pipeline and the seepage-flow in the soil underneath the pipeline. The pipeline spanning initiation is experimentally observed and discussed in this article. It is qualitatively indicated that the pressure-drop induced soil seepage failure is the predominant cause for pipeline spanning initiation. A flow-pipe-seepage sequential coupling Finite Element Method (FEM) model is proposed to simulate the coupling between the water flow-field and the soil seepage-field. A critical hydraulic gradient is obtained for oblique seepage failure of the sand in the direction tangent to the pipe. Parametric study is performed to investigate the effects of inflow velocity, pipe embedment on the pressure-drop, and the effects of soil internal friction angle and pipe embedment-to-diameter ratio on the critical flow velocity for pipeline spanning initiation. It is indicated that the dimensionless critical flow velocity changes approximately linearly with the soil internal friction angle for the submarine pipeline partially-embedded in a sandy seabed.     

舟山大陆引水海底管道施工技术概论

介绍了舟山海底管道设计、施工特点，探索长距离、大口径、薄壁海底管道的施工方法，具体包括：(1)管道设计；(2)管道施工；(3)铺管；(4)托管架设计；(5)锚泊系统设计。     

波流作用下海底管道的水动力和在位稳定性研究的近代进展

近年来，随着海上油、气田的相继开发，海底管道作为输送近海油、气产品至岸上终端这样的连续结构物，其工程地位十分重要，国内外建设的数量是与日剧增。海底管道设置在恶劣的海洋环境中，将承受各类环境载荷，其中流、流引起的水动力载荷最为重要。对海底管道这样的海洋工程，保证其正常运行和结构自下而上期的安全，是直接与海底管道所受的水动力及其在位稳定性密切相关的。     

海底管道平面位置成果互算方法研究

针对海底管道检测数据处理中涉及到的地理坐标成果和起点距成果的不统一,研究了海底管道检测数据处理中成果互算内容及其方法,并提出了基于ARCGIS Engine实现成果互算的计算机自动化处理方法。该研究成果在册镇海底管道检测中得到应用,并对于其他管道检测数据处理及断面测量数据处理提供了借鉴和参考。     

中缅天然气管线沿线滑坡变形监测与机理分析——以黔西南州沙子镇滑坡为例

中缅天然气管线黔西晴隆段沙子镇2016年和2017年连续2次因滑坡引发天然气管线破裂事件,引起了人们的极大关注。滑坡的变形机制和监测对该区的天然气管线的正常运营具有非常重要的意义。在研究区域构造背景的基础上,根据该区地质、构造特征和现场收集的滑坡变形资料及监测数据,开展了该区段变形机制的研究和变形监测分析。研究结果表明:滑坡变形主要划分为管线正常运行阶段的坡体未变形、缓慢蠕滑变形、加速蠕滑变形和管线破裂变形4个阶段。滑坡主要是由于人工堆填土方所引起的蠕滑变形所致。监测数据表明:通过抗滑处理后,坡体的变形得到了有效控制,天然气管线运行较为安全,但仍需要进一步的监测和预报。     

直接解算管流问题的精确方法

在Ｐｒａｎｄｔｌ、Ｋａｒｍａｎ和Ｃｏｌｅｂｒｏｏｋ－Ｗｈｉｔｅ三个经典公式基础上，本文为管路水力计算三类基本问题提供了全套计算程序和精确算式，可以直接和方便地求出结果，避免繁复试算或迭代，较现有计算方法完整、简捷、精确、合理。     

岩溶管道水汇流理论的研究与应用

岩溶管道中贮存有丰富的地下水可供开发利用。在建成的岩溶水库的来水中，８０％以上是通过岩溶管道中渗漏出来，而岩溶裂隙网中的漏水量仅占１０～２０％。因此，在开发利用中，钻孔若遇不到岩溶管道，则出水少或根本无水，可见研究岩溶管道水的重要意义。本文叙述了对岩溶管道水的类型及其汇流特性、汇流理论的ｕｉ与Ｉ的非线性关系、岩溶管道水汇流的物理模拟试验、岩溶管道水汇流理论在岩溶渗漏计算中的应用等四方面研究与应用。     

水锤计算中压力管道的分段问题研究

简要介绍了水锤计算中常用的几种压力管道分段方法。重点对调整波速法进行研究,指出了该方法存在的不足,提出了相应的改进方法。改进的调整波速法能选取尽可能大的时间步长、最小化整个管系波速调整幅度、保证波速调整前后压力管道系统中水锤波的传播时间一致。算例分析表明提出的改进方法是合理的。     

含聚丙烯酰胺的管道螺旋流流动特性试验

为了解聚丙烯酰胺(PAM)对管道螺旋流流动特性的影响,搭建管道试验系统和制作多导叶式局部起旋装置,使用5孔直头球形测针和1套水压力测压系统,测量含PAM管道螺旋流的管道边壁静水压强和测针内动水压强,分析管道螺旋流流速分布、输固能力和压力特性。结果表明:加入少量PAM(100 mg/L)之后,管道螺旋流的流速分布相比清水发生变化,管道螺旋流发展过程(产生—发育成型)延长67%,管道螺旋流的输固能力增大79.1%～91.5%,阻力损失降低18.0%～23.8%。