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《长沙理工大学》 2012年
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斜向波流作用下海底管线周围流场及管道受力分析

刘成祥  
【摘要】:铺设于海底的油气输送管道与波浪、洋流相互作用,是一个非常复杂的流固耦合问题。管线的冲刷破坏与管道周围局部流场及动水压力有着密切的联系。本文基于绕流理论,对海底管线周围局部流场与管壁受力进行了模型试验与数值模拟分析。采用PPR空心圆管来模拟海底管线,借助NDV流速仪对管道前后断面测速垂线上不同高度测点的瞬时流速来测量,来获得管道周围局部流场的分布情况。引入FLOW3D流体力学软件,采用VOF法进行自由表面追踪,选择RNG k-ε模型模拟紊流,对管线周围局部流场及紊动情况进行了数值模拟计算,并与试验结果相互验证。同时,通过管道中心横断面周围均匀布置的8个点压力传感器对管壁周围水压力值进行采集,对管道水平向与竖直向受力进行了分析。 试验中通过改变管道轴线与水流或波浪方向的夹角α,对不同水流流速、波高、间隙比情况下沿水流方向及沿管道轴线方向的流速分布、紊动强度分布以及管道受力进行了分析。本文重点探讨了夹角α变化对管线周围流场和紊动的分布规律以及管道受力的影响进行了研究,得到了不同水力条件下的流速分布、紊动强度分布和管道受力规律,为进一步研究斜向波流作用下的海底管线冲刷破坏提供了基础研究数据。
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