砾石堤坝和多孔方型鱼礁消浪护滩的试验研究——以北戴河西海滩为例

本文通过物理模型试验,研究了砾石堤坝、多孔方型鱼礁、堤坝+鱼礁等不同防护措施对岸滩的保护作用。通过测量不同防护措施的波浪透射系数、输沙率、水下坡度角及床面地形变化,并与无防护措施的工况进行对比,结果发现：不同试验条件下堤坝+鱼礁工况的透射系数仅为0.21～0.36,对波浪具有显著的消减作用;同一水位不同防护措施下的输沙率由大变小依次为：堤坝、堤坝+鱼礁、无工程、鱼礁;堤坝迎浪面的水下坡度角随极限波高呈现先增大、后减小的趋势,堤坝工况的水下坡度角约是堤坝+鱼礁工况的2～4倍;对于近岸的地形恢复,堤坝+鱼礁工况的效果比较明显,且对岸滩附近的侵蚀较少。堤坝+鱼礁的防护措施可明显减小波浪的透射系数,增加向岸输沙率,对恢复近岸地形、保护岸滩有显著作用。     

Spoiler自埋技术特点及其在杭州湾海底管道运行情况分析

海底管道阻流板(Spoiler)自沉埋技术是一种新型管道自埋技术,为深入了解其作用机制及其效果,本文通过分析安装有阻流板的杭州湾海底管道历年检测资料,结合管道附近海域海床、潮流动力特性,深入探讨了阻流板装置在实际工程中的运行效果,分析了其作用机制及其适用条件。研究发现安装阻流板装置的杭州湾海底管道在往复潮流作用下逐渐埋入海床,其埋入段长度由2005年的50%增加到2013年的80%以上,而且平均埋入深度超过2.6 m,自埋效果较好;而在管道路由与海流平行段或管道敷设于抗冲刷强海床上时,阻流板作用不能有效发挥,管道仍然呈现裸露状态。     

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。     

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。     

海底管线柔性导流板的变形方程研究

海底输油管线是海洋油气田开发的生命线工程,在复杂的海洋环境中易发生破坏.为使管线实现自埋防护,提出用柔性材料代替刚性导流板安装在管线顶部,不仅可以增加阻水面积,加大冲刷深度和范围,而且可以减缓刚性导流板对管线上部水流的扰动强度和尾流涡旋的扰动强度,减小管线的振动.利用力学关系由变形方程推导出海底管线与海底间距离为零以及不为零情况下柔性导流板变形的二次曲面方程和自由端最大挠度.在单向流条件下将不同材料不同长度的柔性导流板安装在管线中轴上方开展试验研究,测量柔性导流板在水流作用下的变形曲面.对比分析利用公式计算柔性导流板的自由端最大挠度和曲面变形数据与试验结果,发现两者吻合较好.