海底管线上波浪力的大涡模拟及三步有限元数值模拟

应用三步有限元法结合大涡模拟方法(LES)离散非定常不可压流动的Navier-Stokes方程,模拟了波浪场中海底管线周围流场及其受力情况,并把数值模拟的结果与物理实验的实测结果进行了比较,两者符合较好。为了检验三维效应的影响,同时进行了二维和三维流场的数值模拟。     

波浪作用下海底管线的物理模型实验研究

本文进行了海底管线受波浪力作用的两种不同比尺的物理模型实验，得出了水平力系数Ｃｆｘ和垂直力系数Ｃｆｚ随ＫＣ数和Ｒｅｄ数的变化曲线，并对比了不同比尺物理模型实验的结果。结果对比表明，比尺对波浪力的影响是不可忽略的。     

各种间隙比下海底管线绕流二维数值模拟与实验研究

通过数值模拟方法与物理模型实验,对不同间隙比情况下的海底管线绕流特性进行研究。数值模拟采用有限差分法对标准k-ε湍流方程和控制方程进行离散,利用GMRES算法求解离散方程,模拟绕流流场。物理模型实验中采用超声测速仪ADV系统测取不同断面的流速分布情况,分别分析不同间隙比情况下的漩涡运动特性。同时分析各垂直断面不同间隙比时尾流流速变化情况,数值模拟结果与实验结果吻合较好,本文成果为进一步研究海底管线的防护措施打下基础。     

透空导流板对海底管线冲刷防护的试验研究

基于海底管线周围流场复杂,管线运行过程中易于出现冲刷悬空破坏等诸多特征。本文根据导流板作用下海底管线的冲刷防护机理,提出了一种透空导流板与海底管线结合的防冲刷措施。通过量纲分析得到了影响海底管线冲刷深度的无量纲公式,并通过物理模型试验,研究了单向流作用时,不同流速、不同管孔比、不同透水比的工况下透空导流板对海底管线的冲刷防护的影响。研究发现,由于透空导流板的存在,泥沙受到的推移力减小,导致泥沙淤积,海底管线的冲坑深度小于无导流板防护的冲坑深度,透空导流板防护的管线最大冲刷深度在管轴线前0.3 D处,且在管线下方冲刷坑深度明显减小。基于试验资料分析,拟合得到了平衡冲刷深度的计算公式,其公式与实测资料拟合较好,说明该公式具有较好的适用性。     

海底泥的温度对A3钢腐蚀影响研究

随着海洋石油开发事业的发展，埋入海底泥中的钢铁管线愈来愈多，原油和天然气的海底输送管线均有一定温度，使管～泥界面区的温度升高。了解温度变化对钢铁腐蚀速度的影响，是海底管线工程设计所必需的，然而这种试验难度高、耗资大。工程设计部门往往采取推论、估算的方法，这样带有一定盲目性，往往带来巨大的浪费。作者利用国内外首创的“ＭＤ”原状海底泥试验方法①，进行了海底泥温对钢腐蚀速率的影响的部分研究工作。１材料与方法１．１实验钢材为Ａ３钢，成分见表１。１．２实验海底泥随工程地质调查船，利用“ＭＤ”法取渤海海底泥…     

海底管线冲刷悬空及其抑制技术研究综述

海底管线作为海洋工程的重要组成部分,其安全性受到广泛关注。本文简单回顾了国内外学者通过物理实验、理论分析与数值模拟等方法研究海底管线冲刷悬空及防护问题的成果,并对工程中应用较广泛的防护方法的优缺点进行了简单对比,为该领域的进一步研究提供参考。     

导流板对波浪作用下海底管线影响研究

为研究导流板对波浪作用下海底管线的影响,在FLUENT中建立二维数值波浪水槽对不同导流板高度的海底管线附近波浪场进行数值模拟,并将计算结果与试验结果进行了比较,结果表明,计算结果与试验结果较为吻合。添加导流板后管线表面压力分布及波浪力均发生变化。水平波浪力最大值随着导流板高度的增大而增大,而垂直波浪力最大值则随之逐渐减小。     

砂质海床上海底管线的斜向波浪力试验研究

近岸海底管线在波浪作用下的受力情况关系着海底管线的安全运营。本文利用波浪港池物理模型试验,研究了斜向规则波作用下海底管线断面和管线沿程波浪力特性,分析了波浪入射方向与管线轴线夹角α及波浪要素对海底管线所受波浪力的影响,探讨了管线冲刷与所受波浪力之间的关系。试验结果表明:管线水平力在α=60°时达到最大,而上升力在α=45°时达到最大,并且从力的大小来看水平力比上升力大。随着角度增大,管线压力沿程变化幅度先增大再减小,α在60°时管线上游端压力最大;在45°时管线压力沿程变化呈波浪型,从上游往下游增减交替变化。随着冲刷的发展,管线下方受力最大值逐渐增大,管线前后方压力差值也逐渐增大。     

不同间距比、管径比对海底子母管线绕流影响的数值模拟

本文采用有限体积法和标准k-ε模型,对不同间距比、管径比的海底子母管线绕流特性进行了数值研究。通过对比数值模拟结果与其他学者的物理模型试验数据,发现二者吻合良好;利用验证过的数学模型,对不同管径比、不同间距比下母管迎流面前驻点、管道表面压力、升阻力系数和母管下方底床动水压力进行了数值分析,其结果可为进一步研究海底子母管线的冲刷响应提供水动力基础依据。     

不同节点布置下二维涡激振动的无单元法参数化分析

尝试建立1种基于无单元法的涡激振动数值模拟算法,并给出适用于涡激振动分析的前处理自动布点方法.基于无单元法理论,使用动最小二乘法构造形函数,利用无单元伽辽金法,采用速度和压力分离模式,及手工布点和自动布点2种方法所得出的节点布置形式,对流场控制方程进行空间离散,模拟二维涡激振动的流场形态,并对VIV相关参数进行分析,计算不同节点布置情况下的升力系数(Cl)、曳力系数(Cd)及斯特罗哈数(St),并与物理模型实验结果进行对比.计算结果表明,无单元伽辽金法应用于立管VIV分析是可行的,且文中采用2种布点方法均能较好的模拟流场中泻涡脱落的形态,计算结果与传统方法和物理模型实验结果吻合良好.证明文中2种布点方法都能用于固定圆柱的二维VIV分析,但自动布点法能够更好地适用于复杂问题的计算及圆柱体在流场中的VIV动力响应分析.     

海底滑坡对置于海床表面管线作用力的CFD模拟

海底管线是海洋工程中用于传输原油和天然气等的重要通道,通常放置在海床表面或处于悬跨状态。本文采用计算流体动力学CFD法模拟了不同冲击角度下海底滑坡对置于海床表面的海底管线的作用,得到了管线所受的轴向荷载和法向荷载与滑坡冲击角度之间的关系。同时分析了沿冲击方向管线截面形状与管线所受阻力之间的关系。对已有研究进行拓展延伸,丰富了不同工况下轴向阻力系数和法向阻力系数的计算成果,得出了海底滑坡对置于海床表面管线冲击力的计算公式。     

电流梯度法检测海底管线外防腐层完整性

应用电流梯度检测技术在滨海条件下进行了牺牲阳极保护下的海底管线外防腐层破损检测,并根据海洋环境的腐蚀特性设计了海底管线防腐涂层现场检测的有效实施方案.结果表明,该技术的检测方案可行,可以通过电流梯度法进行海底管线牺牲阳极和涂层破损检测.     

南海珠江口盆地地质灾害因素分析

南海珠江口盆地潜伏着多种地质灾害因素，对海洋开发、油气资源勘探、海底管线铺设等构成直接危害或潜在的威胁。根据联合国开发计划署（ＵＮＤＰ）援华项目（ＣＰＲ／８５／０４４）实际调查资料，对区内地震、活动断裂、海底滑坡、浅层气、活动沙波．埋藏古河道等潜在灾害因素作了分析，讨论了它们的成因机制与分布规律，提出防避灾害事件发生的具体措施。     

江东大桥建设对钱塘江水动力的影响

应用二维水流数学模型模拟了江东大桥建设前后大范围的流场,比较了建桥前后水位、流速、流向等水动力因子的变化,评价了大桥建设对工程区域水动力的影响,并与物理模型试验的结果进行对比,分析了结果的合理性。研究成果为大桥的设计和管理提供了技术依据。     

海底勘测及特征认定

海底勘测及特征认定由挪威、瑞典两国负责的“海底环境勘测和特征认定规划”（ＥＳＭＡＣ）目的在于通过海底勘测特征的认定，以适应海底开发领域日趋发展的需要。“海底环境勘测和特征认定规划”将用近二年时间完成，通过采样分析、鉴定，开发制定出一种能够利用水声学和...     

海底管线稳定性影响因素分析

实现管线的稳定性是埋设海底管线并使其正常运营的前提。分析了波浪、海流、管线周围土体性质及液化发生等方面对海底管线稳定性的影响，并提出了相应的对策建议．     

应用切割单元法对海底管道局部冲刷数值模拟

采用SIMPLEC算法的有限体积法,求解非定常流动的N-S方程,采用k-ω紊流模型,通过模拟均匀无粘性推移质的冲刷和淤积,得到海底管道由搁置在海床上的状态变为悬跨状态这一过程的管道周围局部海床冲刷情况,建立了海底管道局部冲刷的二维数值模型。海底管道从搁置在底床上到冲刷悬空的过程中,管道周围的空间产生了拓扑变化,这给采用贴体网格并在计算过程中进行网格重构的传统方法带来了很大困难,而采用切割单元法,把物体轮廓从静止的背景直角坐标结构化网格中切割出去,计算过程中不需要传统意义的网格重构过程。数值模型预测的海底管道周围局部冲刷结果与Mao的物理模型实验实测结果及Liang和Cheng等的数值模拟结果符合较好,验证了模型的准确性。     

海底管线表面压力分布的理论分析

为了获取海底管线表面压力变化特征,基于固体边界层基本方程,利用摄动方法推导了管线表面压力分布解析式,并利用物理模型试验数据对理论公式进行了检验。经对公式系数做出适当调整,压力系数的计算公式能反映出边界层分离点前后的分布规律。     

振荡流场中近底水平圆柱升力研究

在利用傅氏级数法模拟波、流场中水平圆柱上的升力时，其傅氏系数及初相位的选取是问题的关键。本文进行了近底水平圆柱在振荡流场中的物理模型实验，采用傅氏级数法推求各参数，得到不同Kc数及间隙比（e/D)情况下的各种参数值。实验要素范围Kc数为5－20，Re数为2500－10000，间隙比为0．1－1．0。     

舟山册子岛-镇海海底管道附近海床冲淤数值模拟研究

舟山册子岛-镇海段海底原油管道连续多年监测数据显示,局部海床冲刷较为严重,管道多处裸露、悬空,对工程安全构成威胁。基于Delft3D建立杭州湾口二维水流泥沙数学模型,并利用实测潮位、流速、流向及悬沙质量浓度资料对模型进行率定与验证,进而模拟分析近年来人为开发活动对海底管道附近海床冲淤变化的影响。分析结果表明,新泓口围垦工程和金塘大桥工程对管线镇海登陆段海床冲刷影响较大,金塘大桥桥墩阻水作用加剧了管线深槽边坡西半段海床的冲刷,另外管线深潭延伸东半段的海床冲刷与金塘大桥主通航孔密切相关。