波浪对海底管线作用的数值模拟
发布时间：2021-04-16 05:35
海底管线是海上油田的生命线,是开发利用海底油气资源的重要设施。由于海底管线造价昂贵,检修困难,为保证海底管线具有长期使用的强度和稳定性,研究海底管线上的水动力荷载的特征具有重要的实际工程意义。本文应用VOF方法建立二维数值波浪水槽,通过三步有限元法结合大涡模拟方法离散非定常不可压流动的Navier-Stokes方程,模拟了波浪场中海底管线上的波浪力以及管线周围流场变化情况,并将数值模拟的结果与物理模型实验的实测结果进行了比较和分析,说明了数值模型可以较好的计算出海底管线所受波浪力,验证了该数值模型的可靠性。文中选取了一个典型工况4进行研究,并通过改变该工况下的间隙比及波要素等条件,得出了海底管线所受水平力和升力的时间过程线。通过改变物理模型的长度比尺,根据重力相似准则推算出物理模型实验所得波浪力与数值模拟所得值进行对比,评估了通过比尺效应推算波浪力的影响。
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)eD一Ke关系曲线Fig.1.1(a)TherelationshiPbetweenCnandKe图1.1(t〕)CM一Kc关系曲线Fig.1.1(b)TherelationshiPbetweenCMandKe
以及像流函数法等应用计算机直接数值计算波浪的方法。2.1.1基本方程及边界条件图2.1表示在海底光滑，水深为h的海域中传播的波浪。波浪传播的坐标轴如图2.1所示，坐标原点在静水面上。假定波浪在传播过程中保持形态不变，流体为理想流体，无勃性，无旋以及不可压缩。广波迷C了J，i丫IL占.吕，.可，O:_厂/刃犷-L一甲图2.1坐标系及波浪要素图 Fig.2.1CoordinatesystemandthewaveParametersdiagram由于流体运动是连续的且无旋，故连续方程可以由拉普拉斯(LaPlace)方程代替。该方程是流体运动的运动学控制方程。方程的形式如下:vZ必=o (2.1)一一_‘日日日、、r__
图2.2实验模型布置图Fig.2.2LayoutofexPerimentalmodel组次如下表:表2.1物理模型实验要素(大连理工大学)Tab.2.lElementsofthePhysiealmodeltest(D.U.T)组次次间隙比比实测值值T介夕夕d(m)))RCCC(((((e/D)))H(m)))))))))))tlll0.2220.133332.19990.333332240555tZZZ0.2220.188882.19990.467772704888t333OOO0.189992.19990一6663184222t4440.2220.199992.19990.6663131999中e乃为模型底部到海底的距离与模型直径之比，d为水深，H为波
【参考文献】：
期刊论文
[1]并列旋转双圆柱流动特性的数值模拟[J]. 张成健,苏中地,张洪军,邵传平. 水动力学研究与进展A辑. 2009(04)
[2]二维圆柱层流绕流及其控制数值模拟[J]. 张群峰,何鸿涛,吕志咏. 科学技术与工程. 2009(05)
[3]基于VOF方法的不规则波数值波浪水槽的阻尼消波研究[J]. 韩朋,任冰,李雪临,王永学. 水道港口. 2009(01)
[4]平湖油气田海底输油管线临时修复方法[J]. 许文兵. 中国海洋平台. 2003(02)
[5]求解流体与结构相互作用问题的ALE有限体积方法[J]. 蒋莉,沈孟育. 水动力学研究与进展（A辑）. 2000(02)
[6]海底管线上波浪力的大涡模拟及三步有限元数值模拟[J]. 李玉成,陈兵,赖国璋. 海洋学报(中文版). 1999(06)
[7]绕旋转圆柱流动涡尾流结构和临界状态特性[J]. 凌国平,凌国灿. 力学学报. 1997(01)
[8]波浪作用下海底管线的物理模型实验研究[J]. 李玉成,陈兵,J.L.J.Marchal,Ph.D.Rigo. 海洋通报. 1996(05)
[9]波浪对海底管线作用的物理模型实验及数值模拟研究[J]. 李玉成,陈兵,王革. 海洋通报. 1996(04)
[10]无反射造波数值波浪水槽[J]. 王永学. 水动力学研究与进展（A辑）. 1994(02)
博士论文
[1]基于水动力模型的海底悬跨管道地震反应分析[D]. 李明高.大连理工大学 2010
[2]海洋工程中小尺度物体的相关水动力数值计算[D]. 吕林.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]破碎波与直立堤相互作用的研究[D]. 原娟.大连理工大学 2009
[2]海上风力发电机桩基础波流荷载研究[D]. 陈志强.大连理工大学 2008
[3]海底管道悬跨段涡激振动动力特性及动力响应的数值模拟[D]. 娄敏.中国海洋大学 2005
本文编号：3140843
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)eD一Ke关系曲线Fig.1.1(a)TherelationshiPbetweenCnandKe图1.1(t〕)CM一Kc关系曲线Fig.1.1(b)TherelationshiPbetweenCMandKe
以及像流函数法等应用计算机直接数值计算波浪的方法。2.1.1基本方程及边界条件图2.1表示在海底光滑，水深为h的海域中传播的波浪。波浪传播的坐标轴如图2.1所示，坐标原点在静水面上。假定波浪在传播过程中保持形态不变，流体为理想流体，无勃性，无旋以及不可压缩。广波迷C了J，i丫IL占.吕，.可，O:_厂/刃犷-L一甲图2.1坐标系及波浪要素图 Fig.2.1CoordinatesystemandthewaveParametersdiagram由于流体运动是连续的且无旋，故连续方程可以由拉普拉斯(LaPlace)方程代替。该方程是流体运动的运动学控制方程。方程的形式如下:vZ必=o (2.1)一一_‘日日日、、r__
图2.2实验模型布置图Fig.2.2LayoutofexPerimentalmodel组次如下表:表2.1物理模型实验要素(大连理工大学)Tab.2.lElementsofthePhysiealmodeltest(D.U.T)组次次间隙比比实测值值T介夕夕d(m)))RCCC(((((e/D)))H(m)))))))))))tlll0.2220.133332.19990.333332240555tZZZ0.2220.188882.19990.467772704888t333OOO0.189992.19990一6663184222t4440.2220.199992.19990.6663131999中e乃为模型底部到海底的距离与模型直径之比，d为水深，H为波
【参考文献】：
期刊论文
[1]并列旋转双圆柱流动特性的数值模拟[J]. 张成健,苏中地,张洪军,邵传平. 水动力学研究与进展A辑. 2009(04)
[2]二维圆柱层流绕流及其控制数值模拟[J]. 张群峰,何鸿涛,吕志咏. 科学技术与工程. 2009(05)
[3]基于VOF方法的不规则波数值波浪水槽的阻尼消波研究[J]. 韩朋,任冰,李雪临,王永学. 水道港口. 2009(01)
[4]平湖油气田海底输油管线临时修复方法[J]. 许文兵. 中国海洋平台. 2003(02)
[5]求解流体与结构相互作用问题的ALE有限体积方法[J]. 蒋莉,沈孟育. 水动力学研究与进展（A辑）. 2000(02)
[6]海底管线上波浪力的大涡模拟及三步有限元数值模拟[J]. 李玉成,陈兵,赖国璋. 海洋学报(中文版). 1999(06)
[7]绕旋转圆柱流动涡尾流结构和临界状态特性[J]. 凌国平,凌国灿. 力学学报. 1997(01)
[8]波浪作用下海底管线的物理模型实验研究[J]. 李玉成,陈兵,J.L.J.Marchal,Ph.D.Rigo. 海洋通报. 1996(05)
[9]波浪对海底管线作用的物理模型实验及数值模拟研究[J]. 李玉成,陈兵,王革. 海洋通报. 1996(04)
[10]无反射造波数值波浪水槽[J]. 王永学. 水动力学研究与进展（A辑）. 1994(02)
博士论文
[1]基于水动力模型的海底悬跨管道地震反应分析[D]. 李明高.大连理工大学 2010
[2]海洋工程中小尺度物体的相关水动力数值计算[D]. 吕林.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]破碎波与直立堤相互作用的研究[D]. 原娟.大连理工大学 2009
[2]海上风力发电机桩基础波流荷载研究[D]. 陈志强.大连理工大学 2008
[3]海底管道悬跨段涡激振动动力特性及动力响应的数值模拟[D]. 娄敏.中国海洋大学 2005
本文编号：3140843
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