本文關(guān)鍵詞：粗糙底床上的波浪邊界層及小直徑管道波浪力的特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：海底管道的穩(wěn)定性是管道設(shè)計、施工及服役期間的一個重要安全性指標(biāo)。海底管道的穩(wěn)定性主要取決于管道所受到的水動力荷載,而波浪力是管道水動力荷載的重要組成部分。海底管道的波浪力特性與其周圍流場特性密不可分,對于近底的小直徑管道而言(如：管道直徑D=5cm),管道可能淹沒在波浪邊界層內(nèi),對波浪邊界層特性進(jìn)行研究有助于分析小直徑管道的受力特性。由于砂礫、碎石等介質(zhì)的存在及海洋生物的附著,使得真實的底床往往具有一定的粗糙度(用糙率ks表示),因此,本文通過波浪水槽實驗,以光滑底床為參照,針對粗糙底床上的波浪邊界層特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本文共設(shè)置了4種不同糙率的底床模型,相應(yīng)的糙率ks分別為0cm(光滑)、2.65cm、5.28cm及6.78cm。糙率范圍a/ks∈[0.1～10],其中,a為波浪邊界層外水質(zhì)點水平振幅；波浪雷諾數(shù)范圍Re*∈[300,50000],Re*=Uma/v,其中,Um為邊界層外水質(zhì)點水平速度幅值,v為水體的運動粘性系數(shù),v=1.0×10-6m2·s-1。以往關(guān)于近底管道波浪力特性的研究工作大多是在平坦底床上進(jìn)行的,然而,對于小直徑管道而言,海底粗糙度是不可忽略的。因此本文以光滑底床為參照,針對粗糙底床上小直徑管道的波浪力特性進(jìn)行了系統(tǒng)的實驗研究。管道雷諾數(shù)范圍Re∈[300,5000],Re=UmD/v;KC∈[10,40],KC=UmT/D,其中T為波浪周期；β∈[70-180],β=Re/KC。此外,本文還對波浪邊界層特性與小直徑管道波浪力特性之間的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行了分析。針對波浪邊界層特性的研究表明,相比于光滑平坦底床,粗糙底床上的邊界層厚度將會增大,且邊界層附近的湍流強(qiáng)度明顯高于邊界層外的流體：不同糙率底床上的雷諾切應(yīng)力與流體平均切應(yīng)力的量級相當(dāng)。針對海底管道波浪力特性的研究表明,相比于光滑底床,粗糙底床上的管道豎向力有明顯減小。綜合分析波浪邊界層特性與小直徑管道波浪力特性發(fā)現(xiàn),波浪邊界層增厚是影響粗糙底床上小直徑管道水平力的主要原因,而邊界層的湍流特性可能是導(dǎo)致粗糙底床上小直徑管道豎向力減小的原因。
【關(guān)鍵詞】：小直徑管道 波浪力 底床糙率 波浪邊界層
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE973
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 背景和意義9
• 1.2 研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 波浪邊界層的研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 海底管道波浪力的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文工作12-13
• 2 實驗設(shè)置和分析方法13-23
• 2.1 實驗設(shè)置13-16
• 2.1.1 實驗?zāi)Ｐ秃蜏y量方法13-15
• 2.1.2 工況設(shè)置15-16
• 2.2 理論分析方法16-23
• 2.2.1 實驗數(shù)據(jù)的光滑處理16-18
• 2.2.2 邊界層速度剖面法18-22
• 2.2.3 實驗誤差分析22
• 2.2.4 本章小結(jié)22-23
• 3 粗糙底床上的波浪邊界層特性23-39
• 3.1 波浪邊界層厚度與底摩阻系數(shù)23-25
• 3.2 湍流度25-30
• 3.3 雷諾切應(yīng)力30-33
• 3.4 平均流體切應(yīng)力33-37
• 3.5 流量凈輸移37
• 3.6 本章小結(jié)37-39
• 4 粗糙底床上小直徑管道的波浪力特性39-56
• 4.1 粗糙底床上的波浪力系數(shù)39-48
• 4.1.1 不同β數(shù)下的豎向力系數(shù)40-43
• 4.1.2 不同β數(shù)下的水平力系數(shù)43-47
• 4.1.3 小結(jié)47-48
• 4.2 小直徑管道上的波浪力與波浪邊界層特性的內(nèi)在聯(lián)系48-56
• 4.2.1 邊界層厚度和速度剖面對波浪力的影響48-51
• 4.2.2 邊界層湍流特性對波浪力的影響51-55
• 4.2.3 小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-58
• 參考文獻(xiàn)58-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況60-61
• 致謝61-62

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