海底管線是海上油田的生命線,是開發(fā)利用海底油氣資源的重要設施。由于海底管線造價昂貴,檢修困難,為保證海底管線具有長期使用的強度和穩(wěn)定性,研究海底管線上的水動力荷載的特征具有重要的實際工程意義。本文應用VOF方法建立二維數(shù)值波浪水槽,通過三步有限元法結(jié)合大渦模擬方法離散非定常不可壓流動的Navier-Stokes方程,模擬了波浪場中海底管線上的波浪力以及管線周圍流場變化情況,并將數(shù)值模擬的結(jié)果與物理模型實驗的實測結(jié)果進行了比較和分析,說明了數(shù)值模型可以較好的計算出海底管線所受波浪力,驗證了該數(shù)值模型的可靠性。文中選取了一個典型工況4進行研究,并通過改變該工況下的間隙比及波要素等條件,得出了海底管線所受水平力和升力的時間過程線。通過改變物理模型的長度比尺,根據(jù)重力相似準則推算出物理模型實驗所得波浪力與數(shù)值模擬所得值進行對比,評估了通過比尺效應推算波浪力的影響。 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)eD一Ke關系曲線Fig.1.1(a)TherelationshiPbetweenCnandKe圖1.1(t〕)CM一Kc關系曲線Fig.1.1(b)TherelationshiPbetweenCMandKe

以及像流函數(shù)法等應用計算機直接數(shù)值計算波浪的方法。2.1.1基本方程及邊界條件圖2.1表示在海底光滑，水深為h的海域中傳播的波浪。波浪傳播的坐標軸如圖2.1所示，坐標原點在靜水面上。假定波浪在傳播過程中保持形態(tài)不變，流體為理想流體，無勃性，無旋以及不可壓縮。廣波迷C了J，i丫IL占.呂，.可，O:_廠/刃獷-L一甲圖2.1坐標系及波浪要素圖 Fig.2.1CoordinatesystemandthewaveParametersdiagram由于流體運動是連續(xù)的且無旋，故連續(xù)方程可以由拉普拉斯(LaPlace)方程代替。該方程是流體運動的運動學控制方程。方程的形式如下:vZ必=o (2.1)一一_‘日日日、、r__

圖2.2實驗模型布置圖Fig.2.2LayoutofexPerimentalmodel組次如下表:表2.1物理模型實驗要素(大連理工大學)Tab.2.lElementsofthePhysiealmodeltest(D.U.T)組次次間隙比比實測值值T介夕夕d(m)))RCCC(((((e/D)))H(m)))))))))))tlll0.2220.133332.19990.333332240555tZZZ0.2220.188882.19990.467772704888t333OOO0.189992.19990一6663184222t4440.2220.199992.19990.6663131999中e乃為模型底部到海底的距離與模型直徑之比，d為水深，H為波

【參考文獻】：
期刊論文
[1]并列旋轉(zhuǎn)雙圓柱流動特性的數(shù)值模擬[J]. 張成健,蘇中地,張洪軍,邵傳平.  水動力學研究與進展A輯. 2009(04)
[2]二維圓柱層流繞流及其控制數(shù)值模擬[J]. 張群峰,何鴻濤,呂志詠.  科學技術(shù)與工程. 2009(05)
[3]基于VOF方法的不規(guī)則波數(shù)值波浪水槽的阻尼消波研究[J]. 韓朋,任冰,李雪臨,王永學.  水道港口. 2009(01)
[4]平湖油氣田海底輸油管線臨時修復方法[J]. 許文兵.  中國海洋平臺. 2003(02)
[5]求解流體與結(jié)構(gòu)相互作用問題的ALE有限體積方法[J]. 蔣莉,沈孟育.  水動力學研究與進展（A輯）. 2000(02)
[6]海底管線上波浪力的大渦模擬及三步有限元數(shù)值模擬[J]. 李玉成,陳兵,賴國璋.  海洋學報(中文版). 1999(06)
[7]繞旋轉(zhuǎn)圓柱流動渦尾流結(jié)構(gòu)和臨界狀態(tài)特性[J]. 凌國平,凌國燦.  力學學報. 1997(01)
[8]波浪作用下海底管線的物理模型實驗研究[J]. 李玉成,陳兵,J.L.J.Marchal,Ph.D.Rigo.  海洋通報. 1996(05)
[9]波浪對海底管線作用的物理模型實驗及數(shù)值模擬研究[J]. 李玉成,陳兵,王革.  海洋通報. 1996(04)
[10]無反射造波數(shù)值波浪水槽[J]. 王永學.  水動力學研究與進展（A輯）. 1994(02)

博士論文
[1]基于水動力模型的海底懸跨管道地震反應分析[D]. 李明高.大連理工大學 2010
[2]海洋工程中小尺度物體的相關水動力數(shù)值計算[D]. 呂林.大連理工大學 2006

碩士論文
[1]破碎波與直立堤相互作用的研究[D]. 原娟.大連理工大學 2009
[2]海上風力發(fā)電機樁基礎波流荷載研究[D]. 陳志強.大連理工大學 2008
[3]海底管道懸跨段渦激振動動力特性及動力響應的數(shù)值模擬[D]. 婁敏.中國海洋大學 2005



本文編號：3140843