海底管线附近底床侵蚀平衡剖面的湍流数值模拟

本文建立了模拟海底管线附近底床侵蚀平衡剖面的垂向二维数学模型.对其中的三个关键性问题--复杂边界下的湍流场计算、泥沙底床侵蚀动边界平衡剖面的确定--分别采用有限元数值方法求解改进的κ-ε双方程湍流模式、预网格剖分的边界拟合技术和基于壁面律计算剪切应力结合泥沙临界起动切应力准则进行判别的方法进行处理.为检验数学模型的可靠性,文中将数值模拟结果与实验资料进行了对比,结果显示:本文建立的数学模型能够比较准确的模拟出侵蚀平衡剖面的形态并揭示了侵蚀发生的机制.同时也表明经Shih等改进的κ-ε湍流模式适合于海底管线附近湍流场的数值计算;预网格边界拟合技术是处理复连通域下活动边界问题的有效方法;管线附近泥沙底床的侵蚀平衡剖面主要受底床附近切应力的控制,临界起动切应力判别准则在该问题中的应用是合适.     

绕海底管线悬空段肩部的三维湍流结构的数值研究

用三维有限元方法模拟了恒定来流绕悬空的海底管线与海床相交处,即管线悬空段肩部的三维流动情况.基于管线直径和来流流速的Re数为5×105.应用Smagrinsky亚格子模型来封闭湍流方程.通过对数值研究结果的可视化处理,由涡量幅值的三维等值面可见,绕悬空段肩部在管线上游形成了一条涡管,它的一端绕过半埋于海床的管线段的顶部,另一端延伸至悬空管线上游的海床上;而由对称张量S2+Ω2(S和Ω的分别为速度梯度张量的对称和反对称分量)的特征值定义的涡核可进一步显示三维流动结构的细节.本文的研究为利用数值模型进一步研究海底管线周围局部冲刷沿管线轴向发展打下了初步的基础.     

含初始缺陷海底管线整体屈曲的分析与数值模拟

海底管线是海上油气输送的基础设施。海底管线在制造和铺设过程中由于人为因素或海床的不平坦产生局部的弯曲变形,称为几何初始缺陷,几何初始缺陷是海底管线发生整体屈曲的主要诱因,其变形形态可归纳为单拱对称模式和双拱反对称模式。论文综合运用模态分析法和显示动力法模拟含缺陷管线在温度应力作用下的整体屈曲,并将数值模拟的结果同经典解析解进行了对比。     

波状底床上振荡流场的数值模拟

本文利用CFD商业软件Fluent对振荡流下波状底床矩形水槽的流场进行了数值模拟.采用标准κ-ε模式,首先模拟了平板底床的情况,将平均速度数值解与Jensen的实验结果进行对比,吻合较好,验证了该模式的可行性.然后,将该模式应用于波状底床,得到了平均速度场,探讨了其发展变化规律,讨论了参数a/L(a表征了流体质点作周期运动轨迹的最大振幅,L为沙纹波长)对涡量场影响范围的作用.     

波状底床上振荡流场的数值模拟

本文利用CFD商业软件Fluent对振荡流下波状底床矩形水槽的流场进行了数值模拟.采用标准κ-ε模式,首先模拟了平板底床的情况,将平均速度数值解与Jensen的实验结果进行对比,吻合较好,验证了该模式的可行性.然后,将该模式应用于波状底床,得到了平均速度场,探讨了其发展变化规律,讨论了参数a/L(a表征了流体质点作周期运动轨迹的最大振幅,L为沙纹波长)对涡量场影响范围的作用.     

基于贝叶斯网络法的海底管线海床稳定性风险评估

采用贝叶斯网络法对海底管线的海床稳定性进行风险评估。海底管线的安全性至关重要,管线海床失稳将导致严重后果,如泄露造成爆炸及环境污染等。研究首先根据理论知识建立了管线海床稳定性问题的贝叶斯网络模型,其次根据经验及专家意见对输入和输出变量分级,最后用贝叶斯定理计算输出变量落在每个区间上的概率。结果表明:贝叶斯网络可以表示不同因素间的复杂关系,对复杂系统建模,并组合不同来源的信息,得到可靠的结果,该方法在海底管线的安全性评估方面具有较好的应用前景。     

海流引起海底管道悬空的数值模拟

海底管道悬跨将影响管道的安全运营.在海底管道稳定性设计中,需要合理分析具有初始嵌入深度的海底管道产生悬空的物理机制.本文对海流作用下铺设于砂质海床上的海底管道悬空进行了数值模拟.求解不可压缩流体N-S方程,分析了海流作用下管道周围的流场特性,研究了管道两侧的压力分布特性和海床表面剪应力的分布特点.在管道绕流流场分析的基础上,通过对土体渗流方程的求解,得到了管道周围砂质海床内的渗流场以及渗流水力梯度场的分布情况.与海床表面剪应力计算结果进行比较分析发现,管道下方渗流出口处土体的流土渗透破坏将诱导管道发生悬空.     

子母管线冲刷防护数值模拟分析

采用Flow 3D软件研究恒定流条件下6种不同类型子母管线的冲刷防护问题。通过变化子母管线的结构,得出不同类型子母管线局部冲刷的演变规律,可为子母管线的自防护问题提供一定的参考。数值模拟结果表明：Ⅲ型子母管线的冲刷坑深度最小,Ⅴ型子母管线的冲刷坑深度最大,Ⅰ型子母管线、Ⅵ型子母管线、Ⅳ型子母管线、Ⅱ型子母管线（普通子母管线倒置）的冲刷坑深度依次减少;冲刷坑宽度与冲刷坑深度的变化趋势稍有不同,Ⅰ型子母管线的冲刷坑宽度和影响范围要稍大于Ⅴ型子母管线;Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅵ型子母管线都可减缓冲刷的发生,达到防护的目的,但Ⅲ型子母管线的防护效果最好,而Ⅴ型子母管线会增强局部冲刷。     

基于GEKO湍流模型的JBC流场数值模拟

  目的  两方程模型是RANS工程计算中常用的湍流模型,其中SST k-ω湍流模型具有良好的壁面距离自适应性和逆压梯度流预报能力。然而,湍流模型构造过程中引入的经验性参数使得湍流模型不具普适性, 为此,研究采用引入流动控制参数的方法提高湍流模型对船舶流场的适用性。  方法  在经典SST k-ω湍流模型的基础上,GEKO（Generalized k-ω）湍流模型通过引入流动分离参数C_S和旋转修正参数C_RC分别控制流动分离强度和流动旋转效应,以提高湍流模型对各类流动的适应性。针对JBC船型,采用SURF程序对其流场进行数值模拟并与试验结果进行对比,以考察不同设置下新参数对船体阻力、伴流场和压力分布的影响。  结果  计算结果表明,与经典SST k-ω湍流模型相比,GEKO湍流模型中C_S和C_RC的设置会影响到JBC船型的阻力预报及伴流场预报。  结论  湍流模型的参数化修正具有提高湍流模型适应性和精确度的潜力,对湍流模型工程应用改进具有参考价值。     

近底管线绕流及涡激振动的二维有限元数值模拟

应用有限元方法通过求解原始变量的二维不可压粘性流体的N-S方程和管线振动方程,数值模拟了近底管线的绕流及漩涡脱落引起的管线振动,采用ALE方法解决因管线振动引起的动网格问题和流固耦合问题。数值模拟了雷诺数90相似文献   

海底管线埋设沟槽边坡稳定性分析

海底石油管线埋设已经成为海洋工程的重要组成部分,在埋设管线的过程中沟槽的稳定性和坡度选择直接影响到埋设工程的工作量。利用强度折减有限单元法对某海域海底管线埋设的沟槽进行了分析,通过计算不同坡脚时沟槽边坡的稳定性,选择了符合工程要求的最佳坡脚。同时比较了最大总位移和x方向最大位移作为边坡失稳判据的区别,结果证明用最大总位移作为判据判断海底沟槽边坡稳定性更直观。     

潜艇液舱晃荡对其稳性影响的数值仿真与评估

结合潜艇耐波性和稳性的问题,分析液舱内的自由液面晃荡现象,建立潜艇液舱液体晃荡的数值仿真模型,利用计算流体力学软件Flow 3D,对潜艇横摇过程中液舱的液面晃荡进行模拟,根据数值计算结果,分析液舱晃荡对潜艇稳性的影响。     

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.     

海底管道的疲劳失效分析

由于多种原因在役海底管道的某些管段往往会形成具有一定长度的悬跨,悬跨在波浪和海流的共同作用下会发生振动,最终可能导致管道的疲劳失效.从海底管道疲劳寿命计算和疲劳失效分析人手,重点介绍应用ANSYS有限元软件分析海底管道的疲劳问题的方法,可供类似工程借鉴与参考.     

Prediction of Scour Depth around Offshore Pipelines in the South China Sea

Scour depth prediction of offshore pipelines is of great significance to the design and construction of the submarine pipeline projects. In this paper, based on the CFD software package FLUENT and User...     

波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围局部冲刷的数值模拟

本文利用数值方法研究了波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的局部冲刷,利用有限元方法建立了模拟波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的局部冲刷的数值模型.该数值模型波包括两个子模型:波流耦合场的数值模型和输沙计算的数值模型.通过波浪弥散关系的迭代计算可得到随流运动坐标系中的波浪频率和波向与流向的夹角.流场通过求解加入辐射应力项的浅水环流方程得到,波浪场通过求解含流的缓坡方程得到.然后通过两者的迭代计算得到波流场的耦合解.利用已获得的波流场的水质点的速度计算海床底面的剪切应力与泥沙的输沙率,通过泥沙守恒定律计算海底地形改变情况,在新的海底地形条件下重新计算波流场,重复这一过程直至地形稳定.本文中首先利用数值方法计算了波流共同作用下大尺度孤立圆柱周围的局部冲刷,计算结果与物理模型试验的实测值吻合得较好.在此基础上,本文计算了多组墩群周围的的部冲刷的算例,并与相同条件下孤立圆柱周围的局部冲刷结果进行了比较,以研究墩群中各柱间的相互作用对局部冲刷的影响.     

含有腐蚀缺陷海底管线失效压力研究

腐蚀是引起海底管线破坏的一种重要原因.采用非线性有限元方法,对含有腐蚀缺陷的海底管线进行了内压作用下的极限承载力分析.研究了腐蚀长度、深度、宽度、径厚比对海底管线的破坏机理和对失效压力的影响,提出了含有腐蚀缺陷的受内压作用的海底管线失效压力计算公式.与试验结果及各种规范和方法进行了对比,证明该方法是有效的,为腐蚀海底管线的评估提供了依据.     

海底管道震害分析方法研究

本文分析了海底管道的震害影响因素，考虑了接口处变形的几种情况，提出了一套震害分析方法。     

基于CFD软件的三维船体粘性流的数值模拟

利用商业CFD计算软件FLUENT,在不考虑自由液面情况下,对某低速肥大型船进行粘性流数值模拟,得到在不同傅氏数下的船体摩擦阻力系数及船体周围流场信息,通过把数值模拟计算的摩擦阻力系数和经验公式相比较,验证了FLUENT用于预报三维船体摩擦阻力的有效性,所得到的船体周围的流场信息可以为线型的优化提供一定的参考数据。