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横管绕流及其冲刷规律的数值模拟
| 论文题名： | 横管绕流及其冲刷规律的数值模拟 |
| 关键词： | 横管绕流;间隙比;数值模拟;切应力;局部冲刷 |
| 摘要： | 海底油气输送管道是海洋油气资源开发利用的主要运输方式。迄今为止，我国已经先后在渤海、东海以及南海铺设了上万公里的海底油气输送管线。海管的安全保障工作对开采油气资源、保护海洋生态环境都具有重要意义。而海底管道附近床面的局部冲刷往往会造成管道悬跨，进而悬跨长度增加致使管道产生水流涡激振动，甚至形成疲劳破坏和断裂。因此，对海底管道附近绕流流场特性的研究以及局部冲刷机理的探索是海洋油气开采中的一个关键问题。本文依此为背景，结合上海交通大学港口与海岸工程系泥沙水槽物理模型实验，基于FLUENT软件建立二维数值水槽模拟了底床横管附近二维水流流态。为了验证数值模拟的可靠性，首先按照实验工况计算横管上方垂直流速分布，与实验数据对照后发现吻合。然后本文得到了横管附近的流场形态并与实验观测结果相对照，进而讨论了横管位置的改变对流场的影响。本文计算了不同来流条件下、不同间隙比情况下横管上下壁面、底床表面压力与切应力分布情况，指出了横管前后存在压力差和床面最易发生冲刷的位置。同时给出了横管和床面特征部位切应力随间隙比、来流流速变化的规律。本文分析了渗透力对管道附近泥沙运动的作用。在横管绕流流场计算结果的基础上，结合渗流理论研究了管道底部砂床发生渗流破坏的可能性，验证了前人关于渗流作用是海底管道悬空的主要诱因之一的结论，并结合试验现象，探讨了管道冲刷的机理，总结了海底管道局部冲刷的一般过程。 |
| 作者： | 谢锦波 |
| 专业： | 港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 喻国良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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