双自由度子母管线涡激振动数值研究

为了研究双自由度子母管线周围的绕流特征,本文采用高精度浸没边界方法模拟了不同布置条件下双自由度子母管线的涡激振动特性,探讨子母管线质量比、间距比、空隙比和角度对子母管线低雷诺数振动特性及水动力的影响。结果表明:随着子母管线的质量比和间距比的增大,管线涡激振动的最大振幅逐渐减小,发生锁定的区间也变窄。不同角度对子母管线涡激振动的抑制作用不同,子管与母管并列时对子母管线涡激振动的抑制作用更强。另外通过对流向和横向耦合振动的分析可发现,低质量比时流向振动对横向振动的振幅和频率影响较大,而高质量比时这种影响相对较小。

规则波作用下冲蚀固床上海底子母管线数值研究

该文采用三步有限元法离散二维雷诺平均N-S方程,并通过Wilcox k?ω湍流模型来封闭控制方程,构建了二维数值波浪水槽模型。基于该数值水槽,研究了底床上冲蚀坑的存在对海底子母管线的水动力荷载的影响,并分析了冲刷坑相对深度的变化对子管、母管以及子母管系统的拖曳力系数、惯性力系数、升力系数的影响。研究结果表明,冲蚀坑的存在使得管线的水平力和升力幅值比平底地形时的情况有所减小,并且随着冲蚀坑相对深度的增大,母管的拖曳力系数呈现先增大后减小直至稳定的趋势,惯性力系数则不断减小直至稳定,而冲蚀坑相对深度的变化对子管水动力系数的影响很小。

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。

海底子母管作用下海床冲刷的试验研究

子母管作为海洋工程中的新型管线结构,越来越受到重视。本文运用物理试验的方法研究了稳定流中海底子母管对海床局部冲刷的影响。通过控制不同海底子母管间间距,管径及来流流速,分析出了两管间隙比对冲刷坑内冲刷深度的影响,同时,从泥沙起动原理出发,利用流体的连续性特征,推导了与子母管间间隙比、管径及来流流速相关的冲刷坑深度理论公式,该理论公式与试验结果吻合良好,可预测子母管下泥沙的冲刷。通过试验可知,雷诺数及子母管间间隙对冲刷坑深度有较大的影响。在一定雷诺数下,子母管间间隙越小,冲刷坑深度越大,泥沙输移越也越严重。在管线间间隙比不变时,雷诺数增加同样能加强管线下方冲刷。