海底管线二维湍流与局部冲刷数值模拟

关键 词 ： 海底 管线 ； 局部 刷 ； 中
一
：
● பைடு நூலகம்●
中图 分 类 号 ： Ｐ ５ 。Ｔ ９ ９３ ７６ Ｎ ２．
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ８ ４ （ ０ ８ ０ — ０ ９ ０ １ ０ — ４ ９ ２ ０ ）４ ０ ７ — ４
Ｏ 引言
（） ６
鲁［＋ ＋ ］ ｃ Ｉ【 Ｉ Ｚ ｚｒ
式 中 Ｐ一压 强 ， ａ Ｐ； ｔ 时 间 ，： 一 ｓ
一
对 于 的边 界 条件 本文 采用 Ｒ ｕｕ ｄ （ ０ ０ ｉ ｏ ｌｎ ２ ０ ）１ ３ 建
议新 的计算 公式 ， 详细 见下式 ：
－
．
－
／０ｋ＋。５ ０ ０２０ （／，） ｋ ＜ ・ ＜ 【４／ ， （Ｏ ， ８ １０ ＋ ＋ ｓ ２ ＞２ ． ２
ｇ Ｐ ｓ ｎ ∞
栅
：
９８ ．１
！
１０ Ｏ０ ２．５ ６ ０４ ．
！ ：
３ ２
是 大到 会对 流 场造 成本 质 上 的影 响 ， 以这里 所 所
取 的时间 步长 Ａ ＝ ． ０ ｓ 在 流场 稳定后 ， ｔＯ ０ １。 ０ 进行 泥
一
［
Ｉ ｝‘ 等 ＋ ＋ Ｉ ｃ ） 一
湛¨＝¨ ・ 等
Ｏ ｈ
（ ８ ）
式 中 ｈ一 冲刷深度 ， ｍ；
ｔ 时间 ，； 一 ｓ
蒲 商Ｊ 音
式 中 ｈ 一 开 始 的地 形高 度 ， ｍ； ｈ 一后 来 的地形 高度 ， ｍ；
Ａｔ 时 间 步 长 ，ｏ 一 Ｓ
： 了海底 管线局部 冲刷 的数值模 型 ，对定 常边界 层 来流作 用 下海底 管线局部 冲刷 问题 进行 了初 步 ： ： 的模 拟计 算 ， 算结果 与 实验 结果 的比较证 实了计算方 法 的可行 性 。 计 ：
：
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ＯＸ ＇
就 是扩 散项 的表现 ， 以模 型 的离 散格 式 采用 的 所 是 隐式格式 。 因为本 文所取 的 时间步 长 △ 非 常 的 ｔ
小 ， 以在 一 次 地 形 的变 化 后 ， 面 的变 化 并 不 所 底
重力加速度 水密度 泥沙相对密度 孑 隙率 泥沙休止角 临界 Ｓ ｉｌｓ Ｌ ｈｅｄ 值
ｎ一 泥沙 的孔 隙率 。天然 泥沙 的孔 隙率一 般在
Ｏ５０ ， ． ～ ． 在此取 ｎ ０４ 计 算过程 中所 用 到 ２ ５ ＝ ．。
的有关 系数 或常数 列 于表 １ 。
表 １ 输 沙 率 计 算 中 的各 个 参 数
本 文 的泥 沙模 型 中 ， 推移 质表 达式 中的一 Ｉ Ｉ ｃｑ 。
｝ｆ Ｏ（ ｘ
．
１
）］ Ｏ ｏ ， Ｘ ｋ ｉ —
Ｊ
式 中 一 湍动 能 ， Ｚ ｍ／ 。 ｓ
其中：
和如何 对底面进 行适 当的防护将 有很 大 的参 考价值 。
ｒ ＋ｘ）２ 卜 ｉ一 ｐ ｌ ０ Ｐ （ 盟 Ｊ ｋ 一 ６
（） ４ 特定湍 流耗散 率的方 程为 ：
ｐ ＋ｐ ＯＪ ｏ
＝
（ ４）
１ 控 制 方 程
（） １连续 性方 程 ：
＝ ＋ ．
警一
（ ５）
旦
ｄ ｘ．
： ０ 式 中
ｄ ｔ
毒【＋ 等］ （
一湍 流耗散率 ． ２３ ｍ ／ Ｓ
式 中 Ｐ一 密度 ，ｇ ｋ／ ； ｍ
ｆ 一 速度欠 量 ， ／； ／ ， ｍｓ
（ ７ Ｌ）
动 力’ 系数 。 栝
总２ 第ｑ ２ｌ 期－ 第９ 卷 Ｉ ／
１
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２ 泥 沙模 型
本论 文 引用泥沙 模型 （ ．ｒｒ）不 考虑 悬移 质 的 ＢＢｏｓ（ 影响 ） 。其数 学表达 式如下 ：
０ ＝ 一一 ｌｘ （ ） ｔ ｆ ¨ １ １ － Ｊ ０
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电 力 机 械
海底管线 二维湍流 与局部冲刷数值模拟
孙 娅 ， 薛 雷 平
（ 海 交 通 大 学 船 舶海 洋 与 建 筑 工 程学 院 ， 海 ２ ０ ４ 上 上 ０ ２ ０）
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一
上 面两个方 程 中的各 参数 的取值 如下 ：
： ０ ５， ０．７ ：（ ：０ ０ ＝ ／ ＝ ５， ：０． ． ９， ５ ９， ０． ５
空问变量 ，１ ｎ。
（） ２ 动量 方程 ：
ａ ｔ
＋
（） ５ 涡粘性 系数 ： 盟 ：一
ａｉ ｘ
＋
／ ：ｐ ｚ Ｇ ｒ ｒ、 ， ，
当海 底管线 置 于海 床上 时 ， 线 附 近 的流 动 对 于 管 海底建 筑物来说 是一个 非常重 要 的工 程现象 ？冲刷 对
河 流和 海 流下 的一 些输 运 管 线 的 稳定 会 造 成 很 大 的
（ 揣 动 能 的万 程 为 ： ３）
ｐ ＋ ＝ｆ ＯＵｉ
一
岫
＋
（） ３
威胁 ， 关水 中管线 冲刷 的 防护 和维 修 的费 用也 是 非 有
常高 的 ？通 过 对管线 附 近局 部 冲刷 的计算 ， 我们 希 望
能为 程实践提 供一定 的参考 信息 。如 果能提 早知道 管线 附近 的 冲刷 情 况 ， 对 人们进 行 海底 管线 的建设 这
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摘要 ：基 于二 维 Ｎａｉｒ Ｓｏ ｅ 方程 、 一∞湍流模 式 ｖＡ． ｖｅ ｔｋ ｓ — Ｙ 泥沙 输运模 型（ ｒｒ，９ ９ ” 建 立 ： ， Ｂ ｏｓ１ ９ ） ，