海底管线的冲刷与导流防护技术研究
发布时间：2021-01-22 00:14
海底油气输送管线是海上油气开发中油气传输的主要方式,是海洋油气生产系统中一个不可缺少的重要组成部分。由于海底管线所处的海洋动力环境非常恶劣,许多不确定因素的相互影响使得海底管线的铺设和运营风险俱增,因冲蚀悬空而造成破坏的报道一直层出不穷。随着我国深海油气资源的不断开发,海底管线在海洋工程中的应用越来越广泛,因此海洋动力作用下管线冲刷破坏及防护问题也越来越引起广大海洋工程技术人员的广泛关注。当管线平放在海床表面,在海流的作用下管线两侧上下游海床表面存在压力差,此压力差导致管线下方的海床内部产生渗流,并随着渗流流速的增大,管涌现象发生,孔道冲刷开始；当孔道冲刷范围逐渐增大时,管线下游尾流区内涡旋作用也逐渐加强,促使尾流冲刷发生。管线两侧的压力差是造成孔道冲刷的直接动力因素,而尾流涡旋是加大尾流冲刷的附加动力环境。本文由绕流基本方程,利用摄动方法推导了管线周边压力分布关系,由此确立了冲刷坑内泥沙颗粒所受的渗流压力差与冲刷起动的临界压力差；借助管线后方最易起动的泥沙颗粒受力分析,推导了的床面泥沙的临界起动流速公式、冲止流速公式和稳定冲刷坑深度公式。基于国外spoiler防护技术成果的资料分析,...
【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 海底管线冲刷问题的国内外研究历史和现状
1.2.1 理论分析
1.2.2 试验研究
1.2.3 数值模拟研究
1.2.4 数值计算方法
1.3 海底管线防护方法研究
1.3.1 一般防护方法
1.3.2 spoiler防护方法
1.4 本文主要研究工作
第二章 海底管线冲刷的理论分析
2.1 引言
2.2 管线两侧的压力梯度分析
2.3 管线底部渗流流速分析
2.4 管线冲刷的临界条件
2.4.1 冲刷起动的临界压力差
2.4.2 管线冲刷起动的临界流速
2.5 管线冲刷达到平衡的冲止流速
2.6 管线的平衡冲刷深度
2.7 导流板对管线冲刷的影响分析
2.7.1 管线顶部安装刚性导流板（Spoiler）的作用分析
2.7.2 管线顶部安装柔性导流板的作用分析
2.7.3 管线底部安装柔性导流板的作用分析
2.8 本章小结
第三章 管线冲刷与防护的物理模型试验
3.1 引言
3.2 试验相似定律的确定
3.3 试验系统设计
3.3.1 可调控循环造流系统
3.3.2 试验模型布置
3.3.3 数据测量与采集系统
3.4 试验方案设计
3.4.1 试验模型比尺
3.4.2 试验参数
3.4.3 试验方案
3.4.4 试验内容
3.4.5 试验方法与步骤
3.5 本章小结
第四章 试验结果分析
4.1 管线表面压力系数分析
4.1.1 无导流板的管线表面压力分布
4.1.2 添加导流板的管线表面压力分布
4.2 管线升力系数与阻力系数分析
4.2.1 顶部安装刚性导流板的管线升力系数与阻力系数分析
4.2.2 顶部安装柔性导流板的管线升力系数与阻力系数分析
4.2.3 底部安装柔性导流板的管线升力系数分析
4.3 管线附近床面压力分布研究
4.3.1 管线附近床面压力分布
4.3.2 管线两侧压力差分析
4.4 安装导流板对管线周围流场的影响
4.4.1 管线周围流场分析
4.4.2 管线顶部安装刚性导流板对周围流场的影响
4.4.3 管线顶部安装柔性导流板对周围流场的影响
4.5 冲刷坑分析
4.5.1 管线两端固定单向流试验
4.5.2 管线两端固定往复流试验
4.5.3 管线两端可自由升降、单向流试验
4.6 本章小结
第五章 管线冲刷的数值模拟
5.1 引言
5.2 数值计算方法
5.2.1 控制方程
5.2.2 数值方法
5.2.3 边界条件
5.2.4 计算网格
5.3 计算结果
5.3.1 断面流速
5.3.2 床面压力分布
5.3.3 管线表面压力分布
5.3.4 冲刷过程中流场的计算
5.3.5 压力场分布
5.3.6 床面冲刷形态的计算
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
本文的主要创新点
参考文献
主要符号说明
致谢
个人简历
攻读博士学位期间发表的论文
本文编号：2992157
【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 海底管线冲刷问题的国内外研究历史和现状
1.2.1 理论分析
1.2.2 试验研究
1.2.3 数值模拟研究
1.2.4 数值计算方法
1.3 海底管线防护方法研究
1.3.1 一般防护方法
1.3.2 spoiler防护方法
1.4 本文主要研究工作
第二章 海底管线冲刷的理论分析
2.1 引言
2.2 管线两侧的压力梯度分析
2.3 管线底部渗流流速分析
2.4 管线冲刷的临界条件
2.4.1 冲刷起动的临界压力差
2.4.2 管线冲刷起动的临界流速
2.5 管线冲刷达到平衡的冲止流速
2.6 管线的平衡冲刷深度
2.7 导流板对管线冲刷的影响分析
2.7.1 管线顶部安装刚性导流板（Spoiler）的作用分析
2.7.2 管线顶部安装柔性导流板的作用分析
2.7.3 管线底部安装柔性导流板的作用分析
2.8 本章小结
第三章 管线冲刷与防护的物理模型试验
3.1 引言
3.2 试验相似定律的确定
3.3 试验系统设计
3.3.1 可调控循环造流系统
3.3.2 试验模型布置
3.3.3 数据测量与采集系统
3.4 试验方案设计
3.4.1 试验模型比尺
3.4.2 试验参数
3.4.3 试验方案
3.4.4 试验内容
3.4.5 试验方法与步骤
3.5 本章小结
第四章 试验结果分析
4.1 管线表面压力系数分析
4.1.1 无导流板的管线表面压力分布
4.1.2 添加导流板的管线表面压力分布
4.2 管线升力系数与阻力系数分析
4.2.1 顶部安装刚性导流板的管线升力系数与阻力系数分析
4.2.2 顶部安装柔性导流板的管线升力系数与阻力系数分析
4.2.3 底部安装柔性导流板的管线升力系数分析
4.3 管线附近床面压力分布研究
4.3.1 管线附近床面压力分布
4.3.2 管线两侧压力差分析
4.4 安装导流板对管线周围流场的影响
4.4.1 管线周围流场分析
4.4.2 管线顶部安装刚性导流板对周围流场的影响
4.4.3 管线顶部安装柔性导流板对周围流场的影响
4.5 冲刷坑分析
4.5.1 管线两端固定单向流试验
4.5.2 管线两端固定往复流试验
4.5.3 管线两端可自由升降、单向流试验
4.6 本章小结
第五章 管线冲刷的数值模拟
5.1 引言
5.2 数值计算方法
5.2.1 控制方程
5.2.2 数值方法
5.2.3 边界条件
5.2.4 计算网格
5.3 计算结果
5.3.1 断面流速
5.3.2 床面压力分布
5.3.3 管线表面压力分布
5.3.4 冲刷过程中流场的计算
5.3.5 压力场分布
5.3.6 床面冲刷形态的计算
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
本文的主要创新点
参考文献
主要符号说明
致谢
个人简历
攻读博士学位期间发表的论文
本文编号：2992157
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/2992157.html
