管道周围冲刷的二相流数值模拟

发布时间：2023-10-02 03:24

　　管道周围的冲刷会影响管道结构的整体性和稳定性,可能导致管道结构的损坏,因此对冲刷机制的深入研究对于管道工程有着重要意义。管道周围的冲刷是复杂的水沙二相流过程,本文考虑了泥沙运动对湍流的升力和拖曳力的影响,采用了修正的k-ε湍流模型,形成了完整的二维两相流泥沙模型,利用该模型成功模拟了湍流作用下管道周围的冲刷过程。而以往的单相流模型依赖经验或半经验公式,不考虑水沙相互作用,因而难以模拟详细的冲刷过程。论文重点研究了管道初始埋深对断面流速分布、床面形态变化、管道表面压力系数、无因次输沙率和冲刷特征量的影响,加深了对管道冲刷机制的理解。数值模拟得到的平衡冲刷深度和床面形态变化与前人的实验结果相吻合。管道冲刷达到平衡时的冲深S随管道初始埋深G的增大线性减小,根据二相流模拟结果获得了S与平铺管道平衡冲深S0及G的关系式。根据泥沙浓度和泥沙运动速度可以较为准确地计算无因次输沙率,避免了利用传统经验或半经验公式计算无因次输沙率的弊端。二相流模拟结果揭示了管道冲刷的三个不同阶段:即冲刷起动、管状侵蚀和尾流侵蚀阶段。断面流速分布和无因次输沙率的变化表明在管状侵蚀阶段,泥沙颗粒和水流间的相互作用十分强烈,...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 管道冲刷的研究现状
    1.3 本文研究内容
2 水沙二相流模型
    2.1 控制方程
    2.2 流体湍流模型
    2.3 数值计算方法
3 平铺管道冲刷的数值模拟
    3.1 边界条件设置及验证
    3.2 冲深随时间的变化
    3.3 水流速度分布
    3.4 无因次输沙率
    3.5 本章小结
4 不同埋深管道的水动力及冲刷分析
    4.1 冲深的变化
    4.2 水流速度分布
    4.3 管道表面压力系数
    4.4 涡量与流线
    4.5 无因次输沙率
    4.6 本章小结
5. 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 主要创新点
    5.3 展望
参考文献
作者简介



本文编号：3850000