桩周局部冲刷三维数值模拟

用数值模拟手段研究桩周冲刷越来越引起人们的重视。基于OpenFOAM开源CFD软件,采用VOF方法处理自由水面,通过动网格技术考虑床面地形随时间的变化,构建起桩周局部冲刷的动态三维数学模型。其中,通过改进沙滑模型以修正当生成的剖面坡度超过泥沙休止角时造成的模拟失真,同时克服数值计算的不稳定性。计算结果和水槽实验资料对比分析,二者符合较好。

床面上短圆柱体局部冲刷三维数值模拟

床面上短柱体局部冲刷的机理复杂,运用三维有限体积法,对其局部冲刷情况进行了模拟。采用k-ε紊流数值模型,计算柱体周围的紊动流场,利用经验公式计算该时刻的推移质输沙率,运用动网格技术,处理床面地形随时间的变化。推移质计算充分考虑了床面坡度和流向对推移质输沙率和临界起动剪切力的综合影响。改进沙滑模型,修正当生成的剖面坡度超过泥沙休止角时造成模拟的失真,同时克服数值计算的不稳定性。计算结果和水槽试验资料对比分析,二者符合较好。该模型可以用于海底结构物如桥墩、管道、丁坝等的局部冲刷的数值模拟计算。

海上单道地震与浅地层剖面数据海浪改正处理研究

因受海面大风浪与涌浪等影响,海上单道地震与浅地层剖面数据反射同相轴常出现波浪状起伏,造成剖面反射层位错乱,分辨率与信噪比降低。根据海浪噪声与海底反射地层在横向上的相关性与变化频率等特性,以及综合前人的研究成果,采用陆上地震数据剩余静校正处理中的统计模型道互相关方法来实现对剖面反射同相轴的海浪改正处理;为减少强能量噪声对相关运算的影响,采用中值滤波、光滑滤波技术对反射同相轴曲线进行滤波处理,以进一步减少残留海浪的影响及相关运算改正误差。将这些方法综合运用于海上实际调查资料处理后,大风浪与涌浪影响下的波浪状反射同相轴变得连续、光滑,海底下混乱模糊的反射层位变得清晰、连续,剖面信噪比与分辨率得到了极大的提高。

杭州湾海底管道冲刷自埋演化过程初步研究

针对杭州湾海底管道的实际工程状况,使用声学探测技术对海底管道冲刷自埋演化过程进行了现场检测,验证了海底管道从初始敷设状态依次发展为孔道冲刷、部分掩埋、尾流冲刷、尾流冲刷平衡、再次孔道冲刷和回淤自埋状态的演化过程。采用数值模拟方法分析了海底管道自埋演化过程中的典型状态,结果表明:管道下方的渗流和天然微孔隙是孔道冲刷起动的原因之一;管道下沉过程中流态的改变是导致回淤自埋的主要原因。结合现场检测和数值模拟结果揭示了管道冲刷自埋演化机制,补充和完善了海底管道冲刷自埋演化规律。

“威马逊”台风暴潮增水及水动力响应数值模拟

基于河口海岸水动力三维数值计算模型,建立浙江沿海天文潮与风暴潮耦合预报模式。利用该模式,对经过浙江沿海海域的台风"威马逊"进行数值计算,风暴潮增水计算结果与实测值符合较好,误差基本在±20 cm以内。计算增水值与传统的调和分析法所得的增水结果相比,也较为一致。进一步对局部水动力响应的研究发现,风暴潮期间,局部地区从底到表各层水流流速均急剧增大或减小,其值达到了与天文潮流同等的数量级。当水流流向与风向相同或相近时,流速增大,相反时,则流速减小。且台风期间,各层水流流向也随风向发生改变,流态变得更加复杂。

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。

储气砂中浅层气溢出过程数值模拟研究

基于A.Nermoen的物理实验,文章进行了浅层气溢出过程数值模拟,区别于以往常用的欧拉-欧拉方法,文章采用了基于欧拉-拉格朗日方法的新型的离散粒子模拟方法 MP-PIC(multiphase particle-in-cell)模型。揭示超压气体释放的机制,以及浅层气溢出过程中速度、压力的变化情况和变化规律。模拟得到的颗粒流化现象以及气泡的产生、运动和溢出现象与试验现象相一致,数模计算结果与实验资料两者相关度为0.94,相关性较好。临界流化速度和压力与土层的高度呈正相关,临界流化压力与实验结果较为接近,但由于马格努斯力(magnus)等作用力未考虑,导致临界流化速度相比于实验偏低。该模型方法能处理任意尺寸分布的颗粒,适用庞大的颗粒量,紧密耦合气固间相互作用,适用性好,准确性高,为数值模拟提供了便利。

导沙底墙三维水流数值模拟及其导沙效果分析

该文采用雷诺平均的N-S方程和k-?紊流模型,建立了三维水流数学模型,对某天然河道取水口前沿设置导沙底墙的水流效应进行了模拟,计算结果与试验实测结果吻合较好。进一步对导沙底墙附近的水流运动规律进行分析,结果表明:在取水口前沿布置导沙底墙,改变了底墙间底层水流的流向,使底墙顶部附近产生了较强的螺旋流,可以实现导底沙、取清水的工程效果。说明所建立的数学模型可以较好地描述导沙底墙形成的螺旋流及其分布特征,可为此类工程的方案分析提供参考。

单向流作用下沉底物体对水流结构和地形变化的影响

在河口水流环境中,床面上的物体(如海底管线、水雷、桥墩、丁坝等)会对流场、底床产生重要影响。由于物体的存在造成局部流动呈强三维紊动特征,泥沙运动剧烈,从而造成局部地形强烈变化。物体周围的局部冲刷过程和机理十分复杂,涉及物体形状、水动力环境、底床泥沙类型等多种因素。对于此类问题。