斜向水流作用下海底管线周围水动力特性数值研究

管线附近的水动力因素是底床局部冲刷形成的主要原因。基于开源程序OpenFOAM和分离涡紊流模拟方法建立三维数值水槽,数值模型的计算结果与同条件的物理实验结果基本一致。在此基础上,对水流作用角为30°、45°、60°和90°及间隙比为0、0.1、0.3、0.5水流作用下,管线周围的流场结构进行分析,探讨水流作用角和间隙比对管线附近三维水流结构的影响规律。结果表明:随着作用角的增大,管前涡流范围逐步缩小至管线附近,管后涡流范围逐步向下游延伸,且管后涡漩尺度、回流范围与尾涡紊动区域逐步增加,尾涡中心逐步远离管线,且轴向水流逐渐减弱;管后尾涡的产生、脱落,涡旋尺度大小受管线与底床间隙比e/D的影响明显,e/D=0时管线后尾涡的脱落形态不明显;e/D>0.3时,类似圆柱扰流,管后尾涡形态变化不明显。

斜向水流对圆端形墩紊流宽度的影响分析

通过flow-3D数值模拟的方法,研究斜流条件下紊流宽度的取值标准。当水流流向与桥轴线法线方向存在夹角时,桥轴线方向的横向流速由2部分构成:一部分来自斜流,另一部分来自桥墩影响。此时不宜直接以横向流速为0.3m/s作为紊流宽度的取值标准,可采用有(无)桥墩时横向流速差值为0.3m/s作为取值标准。以桥轴线方向为横向流速的方向,紊流区的宽度随着水流流向与桥轴线夹角的增加而增加。在一定范围内,圆端桥墩两侧的紊流宽度和总紊流宽度都随墩长的增加而增加,在墩长相同的情况下,紊流宽度随着来流方向与桥轴线法线夹角的增大而增大。