文章基于迎風有限元方法,對流動方程和泥沙輸運方程進行求解,建立起振動管道與泥沙沖刷的耦合運動模型。模型中通過SST k-ω湍流模型對湍流效應進行模擬;管道振動和海床變形引起的不確定邊界通過ALE方法進行實時追蹤;模型考慮了懸移質(zhì)輸沙率以及推移質(zhì)輸沙率對底床變形的影響作用。數(shù)值模型首先與其他已發(fā)表的數(shù)據(jù)進行了比較,表明文章所建立的振動管道局部沖刷程序能夠?qū)_刷深度進行較為準確地預測。文章利用所建數(shù)值模型進一步對海底振動管道局部沖刷問題開展了數(shù)值研究。相關數(shù)值分析結(jié)果表明:相對于固定管道的情況,管道振動對局部沖刷有較大的影響作用,管道的振動使管道局部最大沖刷深度增大,管道后方?jīng)_刷范圍變寬,最大沖刷深度位置后移。 

【文章來源】：水道港口. 2020,41(02)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

管道位移時間歷程線

圖3給出了固定管道以及振動管道平衡狀態(tài)下管道局部泥沙沖刷剖面對比圖。從圖中可以看出,在本文的計算范圍內(nèi)振動管道的沖坑形態(tài)較固定管道時有較大的不同,具體體現(xiàn)在以下4個方面。(1)振動管道最大沖刷深度較固定管道情況下最大可高50%。

由上文的討論可見振動管道情況下的局部泥沙沖刷較固定管道情況不同。圖4給出了直徑為1.0 m的固定海底管道,在1 m/s的流速下的局部沖刷平衡時,固定管道局部渦脫落情況。圖4-a～4-d分別對應著固定管道所受升力最小值、零、最大值和零時刻管道局部渦脫落情況。圖5給出了振動管道局部渦脫落情況。圖5-a～5-d分別對應著振動管道位移最小值、零、最大值和零時刻管道局部渦脫落情況。從圖4中可以看出在一個升力周期內(nèi),管道后方有一對渦脫落。并且總體上渦是沿著水流方向脫落的。尾渦的最大長度約為管道直徑的2.0倍。從圖5-a中可以發(fā)現(xiàn),此時管道周圍有正向渦A1脫落,同時存在正向渦A和負向渦B。從圖5-b中可知,當管道繼續(xù)向上運動時,負向渦B向下運動并變長,正向渦A從管道上脫落下來。當管道運動到位移最大處時,負向渦B分裂成渦B和渦B1。如圖5-c和5-d所示,當管道向下運動到原位置時,負向渦B脫落。從而在管道后方形成由渦A1和渦B組成的一排渦以及由渦A和渦B1組成的另一排渦。在本文的計算條件下,從整體上講,振動管道局部的渦長度較固定情況下短,這使得振動管道后方底床切應力大于固定管道的情況,進而導致振動管道后方?jīng)_刷深度較固定管道情況下深。


本文編號：3225453