本文通過(guò)物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算,對(duì)海底子母管結(jié)構(gòu)大管和小管的水動(dòng)力特性問(wèn)題進(jìn)行深入研究,旨在加深對(duì)這種新型海底子母管結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),為工程技術(shù)人員、科研人員進(jìn)行海底子母管結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全性評(píng)估提供有價(jià)值的科學(xué)成果和理論基礎(chǔ)。物模實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了一套可以同步測(cè)得海底子母管結(jié)構(gòu)中大管和小管水平力、升力的研究方案,開(kāi)展了規(guī)則波、不規(guī)則波及波流共同作用下海底孤立母管、子母管系統(tǒng)、大管和小管各自受力的實(shí)驗(yàn)研究,討論了大管和小管各自承受荷載分別占系統(tǒng)總荷載的比值,并系統(tǒng)分析了KC數(shù)、管線與海床間隙比e/D、子母管間相對(duì)縫隙G/D、子母管徑比d/D和流速比Uc/uwm對(duì)大管、小管及子母管系統(tǒng)水動(dòng)力系數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,海底子母管結(jié)構(gòu)中大管、小管分別承受的水平力彼此同步振蕩,其相應(yīng)峰值大約占子母管系統(tǒng)總的水平力峰值的74%和26%；大管、小管及子母管系統(tǒng)的水動(dòng)力系數(shù)關(guān)于上述影響因素有良好的相關(guān)性,并且在波流共同作用下,水動(dòng)力系數(shù)隨各影響因素的變化趨勢(shì)同純波浪作用下的變化趨勢(shì)大體一致。在數(shù)值模擬方面,本文采用三步有限元法來(lái)離散N-S方程,k-ω模型來(lái)模擬流體的湍流運(yùn)動(dòng),CLEAR-VOF方法來(lái)追蹤運(yùn)動(dòng)水... 

【文章來(lái)源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：123 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 海底子母管結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)定義
    1.3 海底子母管線的水動(dòng)力特性研究進(jìn)展
        1.3.1 實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展
        1.3.2 數(shù)值研究進(jìn)展
    1.4 本文的主要研究工作
2 物模實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器
    2.2 管線模型與實(shí)驗(yàn)布置
        2.2.1 測(cè)量孤立母管受力的實(shí)驗(yàn)布置
        2.2.2 測(cè)量子母管結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受力的實(shí)驗(yàn)布置
        2.2.3 測(cè)量子母管結(jié)構(gòu)大管和小管各自受力的實(shí)驗(yàn)布置
    2.3 實(shí)驗(yàn)波流要素
        2.3.1 規(guī)則波和不規(guī)則波
        2.3.2 規(guī)則波加流和不規(guī)則波加流
    2.4 數(shù)據(jù)處理方法
        2.4.1 海底管線的受力
        2.4.2 純波浪場(chǎng)水質(zhì)點(diǎn)速度和加速度
        2.4.3 波流共存場(chǎng)水質(zhì)點(diǎn)速度和加速度
        2.4.4 水動(dòng)力系數(shù)分析方法
    2.5 孤立母管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和比較
    2.6 小結(jié)
3 物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    3.1 純波浪作用下子母管結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析
        3.1.1 管線受力的實(shí)測(cè)歷時(shí)過(guò)程線
        3.1.2 大管和小管上波浪力的比較
        3.1.3 KC數(shù)對(duì)大管和小管水動(dòng)力系數(shù)的影響
        3.1.4 管線與海床間隙比對(duì)大管和小管水動(dòng)力系數(shù)的影響
        3.1.5 子母管間相對(duì)縫隙對(duì)大管和小管水動(dòng)力系數(shù)的影響
        3.1.6 子母管徑比對(duì)大管和小管水動(dòng)力系數(shù)的影響
    3.2 波流共同作用下子母管結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析
        3.2.1 管線受力的實(shí)測(cè)歷時(shí)過(guò)程線
        3.2.2 大管和小管上波流力的比較
        3.2.3 KC數(shù)對(duì)大管和小管水動(dòng)力系數(shù)的影響
        3.2.4 流速比對(duì)大管和小管水動(dòng)力系數(shù)的影響
        3.2.5 管線與海床間隙比對(duì)大管和小管水動(dòng)力系數(shù)的影響
        3.2.6 子母管間相對(duì)縫隙對(duì)大管和小管水動(dòng)力系數(shù)的影響
        3.2.7 子母管徑比對(duì)大管和小管水動(dòng)力系數(shù)的影響
    3.3 小結(jié)
4 海底子母管線在波浪作用下的數(shù)值模型
    4.1 基本控制方程和湍流模型
        4.1.1 二維粘性不可壓雷諾平均N-S方程
        4.1.2 k-ω湍流模型
    4.2 數(shù)值離散方法和自由表面的捕捉
        4.2.1 三步有限元法
        4.2.2 CLEAR-VOF法
        4.2.3 數(shù)值計(jì)算的求解步驟
    4.3 數(shù)值波浪水槽的建立
        4.3.1 數(shù)值波浪水槽計(jì)算域
        4.3.2 網(wǎng)格劃分
        4.3.3 邊界條件和初始條件
    4.4 數(shù)值模型的驗(yàn)證
    4.5 小結(jié)
5 波浪作用下海底子母管線水動(dòng)力特性的數(shù)值結(jié)果和分析
    5.1 規(guī)則波作用下的數(shù)值結(jié)果和分析
        5.1.1 荷載的振蕩變化與波浪場(chǎng)的演化
        5.1.2 渦脫模式
        5.1.3 渦泄頻率
        5.1.4 水動(dòng)力系數(shù)分析
    5.2 不規(guī)則波作用下的數(shù)值結(jié)果和分析
        5.2.1 渦泄頻率
        5.2.2 水動(dòng)力系數(shù)分析
    5.3 小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
創(chuàng)新點(diǎn)摘要
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝
作者簡(jiǎn)介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3122893