海底管道局部沖刷懸空機(jī)理分析.pdf

1、長(zhǎng)年鋪設(shè)于海底的輸油管道在波浪、水流的長(zhǎng)期作用下會(huì)產(chǎn)生局部沖刷,形成沖刷懸空段,極易誘發(fā)管道結(jié)構(gòu)破壞和疲勞破壞。海底管道一旦失事將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境災(zāi)難。因此預(yù)測(cè)海底管道周圍泥沙沖刷狀況極為重要。
　　 本文討論了海底管道局部沖刷的兩種情況,一種是發(fā)生在海底管道下游橫管處的局部沖刷,另一種是發(fā)生在海底管道上游立管處的局部沖刷。針對(duì)第一種情況,本文建立了一個(gè)二維垂直管道軸線的流場(chǎng)數(shù)值模型,采用了雷諾平均的二維N-S方程并結(jié)

2、合標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的κ-ε模型進(jìn)行封閉。在流場(chǎng)固壁邊界上采用壁函數(shù)方法處理。控制方程在曲線坐標(biāo)下采用有限差分法進(jìn)行求解。模擬了在沖刷形成的流場(chǎng)變化,模擬結(jié)果與Mao的試驗(yàn)結(jié)果相吻合。并在模擬過程中改變來(lái)流速度、沖刷懸空量等參數(shù)的數(shù)值,得出海床壓力的變化情況,從而進(jìn)一步分析沖刷的起動(dòng)原理。針對(duì)第二種情況,本文建立了一個(gè)三維垂直于立管軸線的流場(chǎng)數(shù)值模型,采用了雷諾平均的N-S方程并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的κ-ε模型進(jìn)行封閉。在流場(chǎng)邊界上采用了邊界壁函數(shù)方法處理

3、,控制方程在曲線坐標(biāo)下采用有限差分法進(jìn)行求解。模擬了海洋平臺(tái)樁腿與立管之間的流場(chǎng)變化,驗(yàn)證立軸漩渦是造成立管沖刷懸空的原因。分別對(duì)來(lái)流速度、沖刷懸空量、樁腿直徑等因素進(jìn)行模擬,得出立管沖刷造成懸空的機(jī)理。本文應(yīng)用Ansys有限元分析軟件,針對(duì)以上兩種形式的懸空分別建立了Ansys分析模型。將Fluent軟件模擬的管道所受海流的壓力值與Ansys分析模型相結(jié)合,研究管道彎曲變形的應(yīng)力應(yīng)變情況,得出最大應(yīng)力與管道懸跨長(zhǎng)度的數(shù)學(xué)公式,為防止管