水下射流冲刷的数值模拟
发布时间：2021-09-06 02:11
随着近年来油气资源的开采输送,铺设快速难度低的海底管道是目前最为快捷经济的海上油气运输方式。为了保证海底管道的安全性,通常会采取挖沟埋设处理。在挖沟埋设工程中,后挖沟技术最为常见。由于作业水深、管道管径不断增加,对挖沟深度的要求也不断增大。对此,研究不同因素对于水下冲刷效果的影响,对于实际水下射流挖沟系统的设计优化是十分必要的。本文通过三维数值模拟,对影响冲刷效果的因素进行了研究分析。本文在前人的研究工作上,基于FLOW-3D的泥沙冲刷模型建立冲刷数值模型,结合挖沟设备尺度参数,进行水下射流冲刷模拟。首先对泥沙冲刷模型进行了验证计算,确定了该模型在水下射流冲刷问题上的可靠性。接着对固定双喷管射流冲刷进行模拟,从流速和压力分布、悬沙浓度、冲刷断面变化等方面对冲刷过程进行了相应分析,并研究了不同射流速度下的冲刷效果和冲刷轮廓自相似性,结果表明射流速度越大,冲坑尺度越大,且不同射流速度下的冲刷轮廓具有自相似性。最后对移动双喷管射流冲刷进行模拟,分析不同移动速度、射流速度、泥沙粒径对冲刷效果的影响,并且对于二次冲刷和管道预埋问题进行了研究。结果表明,在所计算的工况中,移动速度越小,射流速度越大...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
S.SChatterjee试验模型
Φ = βMPM( )1.5 (2.15)其中，βMPM为实验值，一般取 8， 为泥沙体积分数。FLOW-3D 中的泥沙冲刷模型根据以上方程计算四种泥沙颗粒运动形式，从而泥沙运动。需要指出的是，整个泥沙冲刷模型是基于泥沙冲刷研究中所提出的经验公式，在实际应用中是有一定局限性的。首先，它不适用于粘性土质；其泥沙冲刷模型所使用理论对过大的泥沙颗粒的有效性有限，所以不太适用于大沙颗粒；还有，由于泥沙冲刷模型本身的经验性质，在实际运用中，需要根据情况和实验参数对泥沙冲刷模型中的各参数进行一定的设置和校准，贴合真实验现象和结果，以获得最佳的数值模拟计算的结果。 泥沙冲刷模型设定与验证FLOW-3D 软件（Ver 11.2）中的泥沙冲刷模型（Sediment Scour Model）设定如图所示：
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位论 文质系数(Bed Load Coefficient)用于推移质输送速率方程，控制在剪力的情况下推移质输送速率。对于该参数可以选择 Meyer-Peter 和ielsen 方程[36]或 Van Rign 方程[37]三者其一计算推移质输送率，推分别为 8.0,12.0 和 0.053。同样，若设置系数为 0，则关闭了推移验证 FLOW-3D 软件的泥沙冲刷模型对于水下射流冲刷数值模拟性，下面将进行验证计算。倪福生团队关于淹没射流冲刷进行的冲刷实验[20]，建立相应的数径为 1.8mm 的无粘性土质为研究对象进行水下射流冲刷验证，所
【参考文献】：
期刊论文
[1]射流冲土过程常用数值计算软件的对比[J]. 周凡,倪福生,顾磊. 机械设计与制造工程. 2017(07)
[2]垂直射流冲刷砂床的喷嘴间距试验研究[J]. 顾磊,倪福生,徐立群,申振. 泥沙研究. 2017(03)
[3]喷嘴间距对双股平面射流冲刷的影响[J]. 顾磊,倪福生,李雯,徐立群. 泥沙研究. 2016(06)
[4]双喷嘴射流冲坑的几何相似性研究[J]. 李振升,倪福生,顾磊,李雯. 机械设计与制造工程. 2016(01)
[5]海底管道挖沟技术与设备的分类及适用范围[J]. 高嵩. 海洋工程装备与技术. 2015(03)
[6]靶距对淹没射流冲刷沙床影响的数值模拟[J]. 李雯,倪福生,王建军. 科学技术与工程. 2014(29)
[7]波浪作用下泥沙运动研究综述[J]. 陈杰,刘静,蒋昌波,伍志元. 泥沙研究. 2014(04)
[8]二维垂向淹没射流冲刷粗砂砂床的数值模拟[J]. 王建军,倪福生. 科学技术与工程. 2014(03)
[9]基于动理学理论的推移质输沙公式[J]. 张磊,钟德钰,王光谦,吴保生. 水科学进展. 2013(05)
[10]泥沙局部冲淤二维数值模拟仿真[J]. 张芝永,拾兵. 哈尔滨工程大学学报. 2013(02)
博士论文
[1]水沙两相流数学模型及其应用[D]. 施华斌.清华大学 2016
[2]泥沙颗粒运动规律及非线性分析[D]. 马菲.天津大学 2012
[3]海底管线的冲刷与导流防护技术研究[D]. 韩艳.中国海洋大学 2010
硕士论文
[1]射流助推式ROV型开沟机喷射臂及其冲刷过程研究[D]. 戴必林.浙江大学 2016
[2]抛锚作业对海底管线损害研究[D]. 宣凯.大连海事大学 2012
[3]海底管道后挖沟技术实验研究及数值模拟[D]. 孟然.天津大学 2012
[4]海底管道自埋机理数值模拟研究[D]. 单丹丹.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：3386530
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
S.SChatterjee试验模型
Φ = βMPM( )1.5 (2.15)其中，βMPM为实验值，一般取 8， 为泥沙体积分数。FLOW-3D 中的泥沙冲刷模型根据以上方程计算四种泥沙颗粒运动形式，从而泥沙运动。需要指出的是，整个泥沙冲刷模型是基于泥沙冲刷研究中所提出的经验公式，在实际应用中是有一定局限性的。首先，它不适用于粘性土质；其泥沙冲刷模型所使用理论对过大的泥沙颗粒的有效性有限，所以不太适用于大沙颗粒；还有，由于泥沙冲刷模型本身的经验性质，在实际运用中，需要根据情况和实验参数对泥沙冲刷模型中的各参数进行一定的设置和校准，贴合真实验现象和结果，以获得最佳的数值模拟计算的结果。 泥沙冲刷模型设定与验证FLOW-3D 软件（Ver 11.2）中的泥沙冲刷模型（Sediment Scour Model）设定如图所示：
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位论 文质系数(Bed Load Coefficient)用于推移质输送速率方程，控制在剪力的情况下推移质输送速率。对于该参数可以选择 Meyer-Peter 和ielsen 方程[36]或 Van Rign 方程[37]三者其一计算推移质输送率，推分别为 8.0,12.0 和 0.053。同样，若设置系数为 0，则关闭了推移验证 FLOW-3D 软件的泥沙冲刷模型对于水下射流冲刷数值模拟性，下面将进行验证计算。倪福生团队关于淹没射流冲刷进行的冲刷实验[20]，建立相应的数径为 1.8mm 的无粘性土质为研究对象进行水下射流冲刷验证，所
【参考文献】：
期刊论文
[1]射流冲土过程常用数值计算软件的对比[J]. 周凡,倪福生,顾磊. 机械设计与制造工程. 2017(07)
[2]垂直射流冲刷砂床的喷嘴间距试验研究[J]. 顾磊,倪福生,徐立群,申振. 泥沙研究. 2017(03)
[3]喷嘴间距对双股平面射流冲刷的影响[J]. 顾磊,倪福生,李雯,徐立群. 泥沙研究. 2016(06)
[4]双喷嘴射流冲坑的几何相似性研究[J]. 李振升,倪福生,顾磊,李雯. 机械设计与制造工程. 2016(01)
[5]海底管道挖沟技术与设备的分类及适用范围[J]. 高嵩. 海洋工程装备与技术. 2015(03)
[6]靶距对淹没射流冲刷沙床影响的数值模拟[J]. 李雯,倪福生,王建军. 科学技术与工程. 2014(29)
[7]波浪作用下泥沙运动研究综述[J]. 陈杰,刘静,蒋昌波,伍志元. 泥沙研究. 2014(04)
[8]二维垂向淹没射流冲刷粗砂砂床的数值模拟[J]. 王建军,倪福生. 科学技术与工程. 2014(03)
[9]基于动理学理论的推移质输沙公式[J]. 张磊,钟德钰,王光谦,吴保生. 水科学进展. 2013(05)
[10]泥沙局部冲淤二维数值模拟仿真[J]. 张芝永,拾兵. 哈尔滨工程大学学报. 2013(02)
博士论文
[1]水沙两相流数学模型及其应用[D]. 施华斌.清华大学 2016
[2]泥沙颗粒运动规律及非线性分析[D]. 马菲.天津大学 2012
[3]海底管线的冲刷与导流防护技术研究[D]. 韩艳.中国海洋大学 2010
硕士论文
[1]射流助推式ROV型开沟机喷射臂及其冲刷过程研究[D]. 戴必林.浙江大学 2016
[2]抛锚作业对海底管线损害研究[D]. 宣凯.大连海事大学 2012
[3]海底管道后挖沟技术实验研究及数值模拟[D]. 孟然.天津大学 2012
[4]海底管道自埋机理数值模拟研究[D]. 单丹丹.哈尔滨工程大学 2011
本文编号：3386530
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