海底振动管道局部泥沙冲刷数值研究

文章基于迎风有限元方法,对流动方程和泥沙输运方程进行求解,建立起振动管道与泥沙冲刷的耦合运动模型。模型中通过SST k-ω湍流模型对湍流效应进行模拟;管道振动和海床变形引起的不确定边界通过ALE方法进行实时追踪;模型考虑了悬移质输沙率以及推移质输沙率对底床变形的影响作用。数值模型首先与其他已发表的数据进行了比较,表明文章所建立的振动管道局部冲刷程序能够对冲刷深度进行较为准确地预测。文章利用所建数值模型进一步对海底振动管道局部冲刷问题开展了数值研究。相关数值分析结果表明:相对于固定管道的情况,管道振动对局部冲刷有较大的影响作用,管道的振动使管道局部最大冲刷深度增大,管道后方冲刷范围变宽,最大冲刷深度位置后移。     

海流引起海底管道悬空的数值模拟

海底管道悬跨将影响管道的安全运营.在海底管道稳定性设计中,需要合理分析具有初始嵌入深度的海底管道产生悬空的物理机制.本文对海流作用下铺设于砂质海床上的海底管道悬空进行了数值模拟.求解不可压缩流体N-S方程,分析了海流作用下管道周围的流场特性,研究了管道两侧的压力分布特性和海床表面剪应力的分布特点.在管道绕流流场分析的基础上,通过对土体渗流方程的求解,得到了管道周围砂质海床内的渗流场以及渗流水力梯度场的分布情况.与海床表面剪应力计算结果进行比较分析发现,管道下方渗流出口处土体的流土渗透破坏将诱导管道发生悬空.     

螺旋桨洗流在实体式码头前沿砂质海床上的间歇冲刷试验研究

随着高功率发动机在船舶上的使用以及船舶机动性能的提高,螺旋桨洗流在实体式建筑物周围的冲刷正逐渐成为冲刷研究的重要内容之一。首先自行研发了一套一体化试验设备,之后利用该设备进行了螺旋桨洗流对实体式码头砂质海床的间歇性冲刷试验研究。通过对d_(50)=0.7 mm的原型砂土海床的间歇冲刷试验发现:在同等试验条件下,与连续冲刷相比,间歇冲刷会加深冲刷坑的深度,加深范围介于1.3%~24.8%;间歇冲刷时单次冲刷时间长度越短,冲刷次数越多,冲刷深度加深的越明显;且随着螺旋桨到码头面距离的增大,间歇冲刷引起的冲刷深度的增加越明显。最后提出了最大间歇冲刷深度的定量预测方法,该方法可为实体式码头前沿砂质海床的间歇冲刷防护提供理论支撑。     

波浪作用下海底裸置管道周围的冲刷

本实验研究通过涡强的分析，导出波浪作用下海底裸置管道周围的冲刷深度（ｓ）和长度（ｌ）的计算表达式。     

海流--管道--海床之间动力相互作用的量纲分析及实验模拟装置研制

海底管道涡激振动和管道周围海床冲刷是海流--管道--海床之间复杂的动力耦合问题.文章应用量纲分析方法对海流、管道与海床之间的动力耦合作用进行了分析,确定了在实验模拟中应遵循的相似准则.在此基础上,研制了一套能模拟海流、海床与海底管道之间相互作用的实验模拟装置.初步实验结果表明文中研制的实验模拟装置能够模拟典型海洋环境下海底管道的涡激振动和管道周围海床冲刷等问题.     

波浪作用下海底管道在位稳定性分析

基于Gao et al.(2002;2003)得到的描述波浪作用下海底管道在位失稳的Frb-Gb关系,本文提出一种改进的海底管道在位稳定性分析方法,并给出算例.与DnV管道稳定性设计方法不同,本分析方法考虑了"波浪-管道-砂质海床"之间的动力耦合作用.     

波浪作用下砂质海床动力分析

动力学分析选项提供了三维的平面应变或轴对称的全动力分析。基于显示差分法的计算方法,能求解全部运动方程。方程式能耦合到结构单元模型中,因此可以用于波浪产生的土—结构相互作用的分析。     

海流作用下海底管道疲劳寿命分析

本文建立海底管道振动微分方程,采用Fluent软件求解涡激振动升力系数,由时程分析法获得海底管道动力响应,并运用线性累积损伤理论和S-N曲线法分析海底管道疲劳寿命。     

海流作用下海底管道侧向失稳特征的试验研究

对海流载荷下管道在砂质海床上侧向失稳的物理过程进行了试验模拟,分析了管道侧向失稳的典型特征.水动力试验发现,管道侧向失稳经历了三个特征时间:①砂粒起动,②管道轻微侧向位移,⑦管道侧向失稳.利用机械加载装置分别研究了两端自由和防滚两种端部约束条件下管道在侧向失稳过程中的侧向土阻力及管道沉降特征.实验发现,随着管道水平位移的增加,侧向土阻力逐渐增加并最终达到极限值;而端部约束条件对极限侧向土阻力及其与管道沉降量之间的关系影响较大.两种模型试验结果具有较好的对比性,海流引起的局部冲刷可降低管道侧向稳定性.     

砂质海床波浪传播衰减试验研究

近岸海床对波浪传播的影响是客观存在的。为研究砂质海床上波浪传播的衰减情况,综合考虑砂质海床孔隙率、海床相对厚度、波陡和相对传播距离等影响因素,开展砂质海床上波浪传播衰减物理模型试验。通过分析各影响因素与波高衰减率之间的关系,应用单一变量与多元非线性回归拟合方法,分别得到砂质海床上规则波浪与不规则波浪的波高沿程衰减率的计算关系式。验证结果表明,该计算关系式具有较好的精确性与适用性。     

波浪作用下砂质海床最大液化深度

根据线性波浪作用下饱和海床内孔隙水压力分布的解析解和波浪作用下海床液化的判别准则,推导了均匀海床最大液化深度的计算公式,并根据该公式提出了防止海床液化措施的建议。     

海底管线附近底床侵蚀稳定性的湍流数值模拟判别

本文基于粘性流体理论采用NEW K-ε双方程湍流模式对复杂底床形态情况下的海底管线附近流场进行了数值模拟,计算结果显示NEW K-ε湍流模型能够较好的模拟出管线后方的涡旋以及分离、脱落趋势.在流场数值模拟结果的基础上,本文进一步计算了管线附近底床的壁面剪切应力,并结合相应的泥沙临界起动切应力判据对其进行了侵蚀稳定性判别.稳定性分析结果与已有成果的比较显示本文的方法正确、可靠并具有能够揭示侵蚀机理和细微部位侵蚀情况等优点.同时,本文也对管线附近底质具有粘性特征以及固结作用的情况进行了有益的探讨.     

黄骅港海域表层泥沙特性及其影响

根据黄骅港所在海域的海岸演变规律，描述黄骅海岸总的泥沙运动趋势；根据现场测量结果给出黄骅港附近海域海床表层泥沙颗粒的分布规律，从港口回淤角度指出黄骅海岸应属粉沙淤泥质海岸；根据不同气象条件下黄骅港海域现场悬沙含沙量和悬沙粒度分布的测量结果，分析黄骅港海域表层泥沙的运动特性，并指出航道的可能回淤模式和疏浚对策。     

波浪作用下海上风力发电装置基础海床的液化研究

基于FLOW软件建立三维数值波浪水池模型,模拟海上风力发电装置筒型基础周边的波浪场和海床表面的波压力,利用有限元软件ABAQUS建立筒型基础及周边海床的三维动力响应数值模型,研究不同波浪条件下筒型基础周边海床的动力响应和液化深度。研究结果表明：波浪作用下海上风电筒型基础迎浪侧的海床易发生液化,风力发电装置基础周围海床的液化深度随波高加大而增加,由于筒型基础的人土深度较大,筒内土体不发生液化。     

弹塑性海床上海底管道的稳定性分析

采用大型的通用有限元软件对管土系统进行分析.采用Ramberg-Osgood弹塑性模型模拟海床土体,采用“接触对”（contact pair）的算法处理管土接触面,数值模拟显示,随着管道水下重力的增大,管道下方土体的塑性区域逐渐扩展,相应的管道沉降量也逐渐增大,并明显高于弹性模型的计算值.通过改变管道参数进行对比计算,结果表明,这些参数对管道的沉降量、摩擦力、极限阻力都有一定程度的影响.     

波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围局部冲刷的数值模拟

本文利用数值方法研究了波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的局部冲刷,利用有限元方法建立了模拟波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的局部冲刷的数值模型.该数值模型波包括两个子模型:波流耦合场的数值模型和输沙计算的数值模型.通过波浪弥散关系的迭代计算可得到随流运动坐标系中的波浪频率和波向与流向的夹角.流场通过求解加入辐射应力项的浅水环流方程得到,波浪场通过求解含流的缓坡方程得到.然后通过两者的迭代计算得到波流场的耦合解.利用已获得的波流场的水质点的速度计算海床底面的剪切应力与泥沙的输沙率,通过泥沙守恒定律计算海底地形改变情况,在新的海底地形条件下重新计算波流场,重复这一过程直至地形稳定.本文中首先利用数值方法计算了波流共同作用下大尺度孤立圆柱周围的局部冲刷,计算结果与物理模型试验的实测值吻合得较好.在此基础上,本文计算了多组墩群周围的的部冲刷的算例,并与相同条件下孤立圆柱周围的局部冲刷结果进行了比较,以研究墩群中各柱间的相互作用对局部冲刷的影响.     

浅埋海底管线防护的设计方法研究

浅埋海底管线由于外部环境荷载的改变,必然引起一定的附加应力。在这种条件下,必须对管线采取防护措施。提出了浅埋海底管线的防护方案,并应用有限元方法,建立了同时考虑土体-结构-海底管线三者耦合作用的二维有限元分析模型,对采取保护措施的海底管线进行应力的分析计算,计算结果表明所采用的防护方案是合理的。     

Prediction of Scour Depth around Offshore Pipelines in the South China Sea

Scour depth prediction of offshore pipelines is of great significance to the design and construction of the submarine pipeline projects. In this paper, based on the CFD software package FLUENT and User...     

珠江口鸡抱沙附近地形冲淤演变研究

鸡抱沙位于珠江口伶仃洋喇叭湾湾顶,是伶仃洋内港口发展建设最快的地区。受自然水、沙及人类工程的影响,鸡抱沙附近的地貌形态发生了较大的变化。主要表现在:近百年来,蕉门河口由"潮优型"河口性质逐渐转变为"河优型"河口性质,凫洲水道则经历从决口→散乱→归股的由不稳定到稳定的变化过程,已成为蕉门口外的主泄洪道。而鸡抱沙和沙地区的大规模围垦,对保证凫洲水道和龙穴南水道稳定起了重要的作用。