海流作用下海底管道侧向失稳特征的试验研究

对海流载荷下管道在砂质海床上侧向失稳的物理过程进行了试验模拟,分析了管道侧向失稳的典型特征.水动力试验发现,管道侧向失稳经历了三个特征时间:①砂粒起动,②管道轻微侧向位移,⑦管道侧向失稳.利用机械加载装置分别研究了两端自由和防滚两种端部约束条件下管道在侧向失稳过程中的侧向土阻力及管道沉降特征.实验发现,随着管道水平位移的增加,侧向土阻力逐渐增加并最终达到极限值;而端部约束条件对极限侧向土阻力及其与管道沉降量之间的关系影响较大.两种模型试验结果具有较好的对比性,海流引起的局部冲刷可降低管道侧向稳定性.     

海流--管道--海床之间动力相互作用的量纲分析及实验模拟装置研制

海底管道涡激振动和管道周围海床冲刷是海流--管道--海床之间复杂的动力耦合问题.文章应用量纲分析方法对海流、管道与海床之间的动力耦合作用进行了分析,确定了在实验模拟中应遵循的相似准则.在此基础上,研制了一套能模拟海流、海床与海底管道之间相互作用的实验模拟装置.初步实验结果表明文中研制的实验模拟装置能够模拟典型海洋环境下海底管道的涡激振动和管道周围海床冲刷等问题.     

台风对春晓气田群海底管道安全的影响研究

基于连续4年的春晓气田群海底管道检测数据,结合该区域水文、气象、泥沙、地形、底质等环境资料的分析研究认为,2007年夏季韦帕、罗莎等台风所引起的强烈水动力扰动,对管道KP287.666～KP301.906所在区域的冲淤稳定产生了较为明显的影响。台风将高能传递给水体,增强了海流、波浪等水动力要素,两者的联合效应使得水体底部剪切应力剧增,使水体挟沙能力加强,对海底造成区域性冲刷,导致管道裸露、悬空,严重影响其安全。     

海流引起的海底管道周围砂质海床局部冲刷

海流引起的海底管道周围海床冲刷是海流、管道与海床之间的动力耦合作用问题.目前对管道周围海床冲刷的研究主要是通过试验观测的方法进行的.本文分析评价了近年来海底管道周围砂质海床局部冲刷试验研究的主要研究成果,其中包括局部冲刷机理、极限平衡冲刷深度预测、管悬空长度预测等内容,并对已有研究成果的工程应用进行了初步分析.     

海底埋设管线平管起吊运动分析

基于有限元软件OrcaFlex,充分考虑不规则波浪、海流、管土相互作用以及船舶管线耦合运动,建立海底埋设管线平管起吊模型。参考DNV-RP-F110计算埋深管道受到的土壤阻力,依据DNV-RP-C205确定相关水动力系数。通过数值模拟研究分析管线在平管起吊过程中管道的运动响应以及吊绳张力的时间历程变化,为实际海底管线平管起吊提供一定理论参考。     

多浮体耦合的长大过江弯管系统沉放过程动力响应数值仿真分析

过江管道在沉放过程中的动力响应直接影响管道的水下定位、沉放安全性及稳定性等,研究沉放过程中过江管道沉放过程水动力行为具有重要工程价值,可以降低施工风险、提高工程安全可靠性。以南宁市邕江过江管道工程水上施工过程为研究背景,对长大弯曲型管道沉放过程中多个浮体之间的复杂耦合作用、整体沉放系统复杂的动力特性进行了研究。研究应用非线性时域动力分析方法、莫里森水动力理论、水动力多体耦合理论、长大弯管理论等,借助OrcaFlex软件,建立了考虑多体耦合的长大弯曲型过江管道沉放过程水动力数值仿真分析模型。基于数值仿真模型,运用全耦合方法,进行系统时域仿真计算分析,获取了计算工况下沉管过程管道的动力响应和锚索及吊缆的受力时域图像。对影响沉放过程动力表现的关键施工变量,如气囊放气和管道下放的配合、气囊放气时间、吊缆预张力等进行了参数敏感性分析,根据数值模拟结果提出了施工安全性控制技术及施工建议。     

带缆水下机器人转首控制及水动力分析

将缆绳模型与6自由度模型耦合,构建带缆水下机器人数学模型,并通过重叠网格和滑移网格技术模拟机器人的运动和导管螺旋桨的旋转运动。在不同海流作用下对受导管螺旋桨控制的带缆水下机器人转首运动、导管螺旋桨推力特性与海流速度的关系、缆绳受力和机器人水动力性能等进行了分析。数值模拟结果表明,在低海流速度下,带缆水下机器人在导管螺旋桨控制下能完成转首运动,导管螺旋桨的推力会受到海流速度和机器人姿态显著的影响;海流速度对机器人水动力载荷和缆绳的合力也有显著的影响。     

水下潜标布放系统水动力学分析

结合新型水下潜标布放方法,考虑布放过程锚系潜标系统的定位信息以及系统各部分水动力作用和标体布放过程姿态变化规律,借助水动力分析软件OrcaFlex建立了不同海况及不同工况下的水动力简化分析模型,计算系统在布放过程的动态响应,并分析了工作水深、拖曳船速度、流速、流向和线索弯曲刚度等因素对工程定位准确性、系统稳定性的影响。     

基于多项式逼近的管道悬跨响应谱研究

该文详细介绍了采用线性化法和多项式逼近法求解非线性波浪力谱密度的过程。在此基础上推导出波流联合作用和忽略海流影响作用这两种条件下,管道悬跨结构的流向及垂向响应谱密度。最后,文中以某一海底管线为例,对比采用这两种方法得到的结果。     

海底管道悬跨段的近壁圆柱绕流分析

海底管道靠近海床表面处受海流冲刷,管道与海床表面产生一定间隙,该间隙与管道直径的比值定义为间隙比。通过数值模拟和物理模型试验,研究间隙比对管道绕流的水动力特性的影响。物理模型试验中,六分力天平测得管道的阻力和升力,数值模拟研究管道尾流流态和旋涡发放频率。结果表明:间隙比低于某临界值时,海床的存在阻碍了剪切层与层外流动间的相互作用,抑制层内涡量的传递,下游旋涡得不到充分发展,发放频率有所降低;海床壁面加剧管道两侧压力分布不均匀,压力差增加,因而管道阻力和升力增大;间隙比高于某临界值时,海床的抑制作用逐渐削弱,旋涡脱落趋于规则,海床未对绕流产生较大影响,管道受力随之趋于稳定。该研究可为海流冲刷引起的海底管道悬跨现象的安全设计提供理论指导。