海底管道局部冲刷悬空机理分析

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长年铺设于海底的输油管道在波浪、水流的长期作用下会产生局部冲刷,形成冲刷悬空段,极易诱发管道结构破坏和疲劳破坏。海底管道一旦失事将会造成巨大的经济损失和环境灾难。因此预测海底管道周围泥沙冲刷状况极为重要。
　　本文讨论了海底管道局部冲刷的两种情况,一种是发生在海底管道下游横管处的局部冲刷,另一种是发生在海底管道上游立管处的局部冲刷。针对第一种情况,本文建立了一个二维垂直管道轴线的流场数值模型,采用了雷诺平均的二维N-S方程并结合标准的标准的κ-ε模型进行封闭。在流场固壁边界上采用壁函数方法处理。控制方程在曲线坐标下采用有限差分法进行求解。模拟了在冲刷形成的流场变化,模拟结果与Mao的试验结果相吻合。并在模拟过程中改变来流速度、冲刷悬空量等参数的数值,得出海床压力的变化情况,从而进一步分析冲刷的起动原理。针对第二种情况,本文建立了一个三维垂直于立管轴线的流场数值模型,采用了雷诺平均的N-S方程并结合标准的κ-ε模型进行封闭。在流场边界上采用了边界壁函数方法处理,控制方程在曲线坐标下采用有限差分法进行求解。模拟了海洋平台桩腿与立管之间的流场变化,验证立轴漩涡是造成立管冲刷悬空的原因。分别对来流速度、冲刷悬空量、桩腿直径等因素进行模拟,得出立管冲刷造成悬空的机理。本文应用Ansys有限元分析软件,针对以上两种形式的悬空分别建立了Ansys分析模型。将Fluent软件模拟的管道所受海流的压力值与Ansys分析模型相结合,研究管道弯曲变形的应力应变情况,得出最大应力与管道悬跨长度的数学公式,为防止管道发生断裂提出理论依据。

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作者
王苗;
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作者单位

中国石油大学(华东);

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授予单位中国石油大学(华东);
学科机械工程
授予学位硕士
导师姓名王旱祥;
年度 2011
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TE973.920.2;
关键词
海底管道; 水流冲刷; 管线悬空; 有限元分析;

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