海底泥流对管道冲击作用的数值研究

发布时间：2020-10-11 17:25

　　 海底油气管道是深海油气输运的重要生命线,作为一种将油气从近岸平台向陆地的输送方式,因其连续性好、运输量大、管理方便等优点,在海洋油气工程中得到了广泛的应用。由于海底管道输运的距离很长,经历崎岖的海底地形、有变化很大的起伏,海底管道容易形成局部的悬跨,而且海底管道所处的海床在各种机制的作用下,即便是在极缓的坡度下也可能会发生滑坡。海底滑坡产生的泥流冲击悬跨管道,影响海底管道运营的稳定与安全。因此有必要对海底滑坡产生的泥流对海底管道的冲击作用进行研究,以当前较为通用的计算流体动力学软件FLUENT为平台,针对泥流区别于普通海水的特点,采用Power-law模型和Herschel-Bulkley模型描述快速滑动泥流,建立非牛顿流体冲击管道的二维和三维模型。通过与前人缩尺试验结果对比验证,说明采用Power-law流变时的二维模型模拟泥流冲击管道的合理性。并对前人拟合流变公式的相关参数进行了敏感性分析。计算分析了海底滑坡产生泥流冲击悬跨管道的受力特性,重点分析了泥流冲击管道时管道拖曳力系数和垂向升力系数等目标量的变化规律。在获得泥流冲击管道受力作用规律的基础上,利用海底滑坡体演变成的碎屑流、泥流和浊流的特征性质,对其中泥流、浊流和普通海水对管道的冲击作用进行了比较研究,讨论了不同黏土含量下,流变参数不同时泥流对管道冲击作用的影响。面向典型海况下,对比泥流和普通海水冲击管道时的差异,为工程中的管道安全性分析提供指导性意见。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P756.2
【部分图文】：

采和运输的设施和设备中，海底管道能高效快速的将海底油井生产的石油和天然??气等资源运送到陆地上，具有安装方便、造价便宜和运输效率高等优点。海底管??道已作为海洋油气资源运输系统的关键组成部分，如图１－１所示，是海底能源物??质运输的大动脉，被喻为“海洋油气生命线”??图ｉ－ｉ海底管道系统??１??

运动形式又可分为两种：平移滑动及旋转滑动。其中，滑移体流动又可进一步分??为：崩塌流、碎屑流、泥流。并且，滑移体在滑动到一定程度后，由于与周围的??水体不断掺混，进一步演变成了浊流（图１－３所示）。??３??

图２－１常见的流变模型的剪切应力与应变率之间的关系??表２－２泥流组成参数表???Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ?ｂｙ?ｍａｓｓ??ｐ??Ｓｌｕｒｒｙ?，?，、??Ｃｌａｙ?Ｗａｔｅｒ?Ｓａｎｄ?（Ｋｇ／ｍ３）??１０％Ｃｌａｙ?１０?３５?５５?１６８１．０??１５％Ｃｌａｙ?１５?３５?５０?１６８５．７??２０％Ｃｌａｙ?２０?３５?４５?１６８７．７??２５％Ｃｌａｙ?２５?３５?４０?１６８９．６??３０％Ｃｌａｙ?３０?３５?３５?１６９１．６??３５％Ｃｌａｙ?３５?３５?３０?１６９４．０??
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本文编号：2836891