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原文传递管道周围冲刷的二相流数值模拟

论文题名：	管道周围冲刷的二相流数值模拟
关键词：	管道结构;冲刷过程;泥沙运动;湍流作用
摘要：	管道周围的冲刷会影响管道结构的整体性和稳定性，可能导致管道结构的损坏，因此对冲刷机制的深入研究对于管道工程有着重要意义。　　管道周围的冲刷是复杂的水沙二相流过程，本文考虑了泥沙运动对湍流的升力和拖曳力的影响，采用了修正的k-∈湍流模型，形成了完整的二维两相流泥沙模型，利用该模型成功模拟了湍流作用下管道周围的冲刷过程。而以往的单相流模型依赖经验或半经验公式，不考虑水沙相互作用，因而难以模拟详细的冲刷过程。　　论文重点研究了管道初始埋深对断面流速分布、床面形态变化、管道表面压力系数、无因次输沙率和冲刷特征量的影响，加深了对管道冲刷机制的理解。数值模拟得到的平衡冲刷深度和床面形态变化与前人的实验结果相吻合。管道冲刷达到平衡时的冲深S随管道初始埋深G的增大线性减小，根据二相流模拟结果获得了S与平铺管道平衡冲深S0及G的关系式。　　根据泥沙浓度和泥沙运动速度可以较为准确地计算无因次输沙率，避免了利用传统经验或半经验公式计算无因次输沙率的弊端。二相流模拟结果揭示了管道冲刷的三个不同阶段:即冲刷起动、管状侵蚀和尾流侵蚀阶段。断面流速分布和无因次输沙率的变化表明在管状侵蚀阶段，泥沙颗粒和水流间的相互作用十分强烈，这意味着不考虑水沙相互作用的单相流模型不适合研究这个阶段的冲刷过程。管道表面的压力系数分布表明冲刷过程主要影响管道下部的流场结构，而适宜的初始埋深是管道背面涡旋产生的必要条件。
作者：	胡鑫炜
专业：	水利工程
导师：	孙志林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文