水流作用下海底管线三维冲刷扩展速度实验研究

对水流作用下海底管线三维冲刷问题进行了实验室研究，重点研究了不同的水流速度（以底面剪切力系数θ表示，θ=0．046-0．104）、管线埋厚比（e／D=0．1～0．5）、水流作用角（α=45°-90°）下的冲刷沿管线扩展速度．实验结果表明管线下方冲刷以先后两个速度沿管线向两侧扩展．建立起冲刷段扩展速度Vh与θ、e／D、α等影响因素问的关系．发现管线冲刷的扩展速度随底面剪切力系数的增大而增大；随着埋厚比的增大而减小，随水流作用角的增大而增大．最后，根据实验结果建立了一套预测海底管线下方冲刷段扩展过程的经验模型，效果较好．

圆柱形桥墩局部冲刷计算方法对比分析

运用FLOW-3D独特的FAVOR技术对桥梁的冲刷过程进行模拟,得到了桥墩附近流速分布图及冲刷云图,并结合国外的经典冲刷试验,验证了数值模拟水流及泥沙运动的有效性。通过数值模拟、经验公式和国内外的设计规范的对比分析,结果表明:经验公式具有极强的经验性,只能用作粗略估算;中国规范的桥墩局部冲刷计算公式充分体现了墩形系数和水流攻角的影响,也考虑了流速与泥沙启动之间的关系,预测结果误差较小;美国规范公式的量纲关系明确,但是较为简化,误差较大。

水下管道附近泥沙冲刷的三维数值模拟

该文在FLUENT软件中使用用户自定义函数UDFs进行二次开发,耦合了基于有限差分方法求解的泥沙输运模型,建立了模拟海底管线周围三维流动和冲刷的数值模型。针对推移质运动,采用输沙率得到床面的高程变化,并使用动网格技术更新床面计算网格。针对流动时间尺度与泥沙输运时间尺度的差异,采用了不同的计算步长来提高效率。通过与实验数据进行比较验证了该模型的有效性及计算精度,并利用该数值模型模拟管道附近的三维冲刷发展过程,探索了不同希尔兹参数条件下冲坑的发展规律和流场变化情况。可以观察到在管道两侧压力差的作用下,管道后方出现一个隆起的沙波,并伴随着涡旋的产生。该文的计算方法可以很方便地推广到k??其它局部冲刷过程的模拟研究。

连云港港区30万吨级航道大风天边坡稳定性数值模拟研究

航道边坡的稳定性是航道工程设计中最重要的问题之一,不同海域的动力条件对开挖航道疏浚边坡的稳定性有不同程度的影响。以连云港港区30万吨级航道为研究对象,采用三维潮流泥沙冲刷数学模型,研究了典型大风期间波浪与潮流动力对航道疏浚边坡稳定性的影响。计算及研究成果表明,在一场类似“韦帕”台风的大风作用下,波浪动力是连云港港区航道边滩冲刷的主导因素,航道沿线边滩冲刷较大位置位于近岸防波堤头部附近,最大冲深不超过0.07 m,疏浚边坡附近的冲刷深度由坡肩向坡脚迅速降低,大风天的潮流与波浪条件均不会对航道边坡的稳定性造成不利影响。