管道周圍的沖刷會影響管道結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性,可能導(dǎo)致管道結(jié)構(gòu)的損壞,因此對沖刷機制的深入研究對于管道工程有著重要意義。管道周圍的沖刷是復(fù)雜的水沙二相流過程,本文考慮了泥沙運動對湍流的升力和拖曳力的影響,采用了修正的k-ε湍流模型,形成了完整的二維兩相流泥沙模型,利用該模型成功模擬了湍流作用下管道周圍的沖刷過程。而以往的單相流模型依賴經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式,不考慮水沙相互作用,因而難以模擬詳細的沖刷過程。論文重點研究了管道初始埋深對斷面流速分布、床面形態(tài)變化、管道表面壓力系數(shù)、無因次輸沙率和沖刷特征量的影響,加深了對管道沖刷機制的理解。數(shù)值模擬得到的平衡沖刷深度和床面形態(tài)變化與前人的實驗結(jié)果相吻合。管道沖刷達到平衡時的沖深S隨管道初始埋深G的增大線性減小,根據(jù)二相流模擬結(jié)果獲得了S與平鋪管道平衡沖深S0及G的關(guān)系式。根據(jù)泥沙濃度和泥沙運動速度可以較為準確地計算無因次輸沙率,避免了利用傳統(tǒng)經(jīng)驗或半經(jīng)驗公式計算無因次輸沙率的弊端。二相流模擬結(jié)果揭示了管道沖刷的三個不同階段:即沖刷起動、管狀侵蝕和尾流侵蝕階段。斷面流速分布和無因次輸沙率的變化表明在管狀侵蝕階段,泥沙顆粒和水流間的相互作用十分強烈,...

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究目的及意義
    1.2 管道沖刷的研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究內(nèi)容
2 水沙二相流模型
    2.1 控制方程
    2.2 流體湍流模型
    2.3 數(shù)值計算方法
3 平鋪管道沖刷的數(shù)值模擬
    3.1 邊界條件設(shè)置及驗證
    3.2 沖深隨時間的變化
    3.3 水流速度分布
    3.4 無因次輸沙率
    3.5 本章小結(jié)
4 不同埋深管道的水動力及沖刷分析
    4.1 沖深的變化
    4.2 水流速度分布
    4.3 管道表面壓力系數(shù)
    4.4 渦量與流線
    4.5 無因次輸沙率
    4.6 本章小結(jié)
5. 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 主要創(chuàng)新點
    5.3 展望
參考文獻
作者簡介



本文編號：3850000