穩(wěn)定流態(tài)下海底管線局部沖刷有限元數(shù)值模型

陳海登，陶祥海，李 玲

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司湛江供電局，廣東 湛江 524005)

海底管線在海洋工程中得到了普遍應(yīng)用。當(dāng)管線鋪設(shè)在沙質(zhì)海床上時(shí)，管線的存在改變了周圍的流場(chǎng)，增加了周圍沉積物的輸送速率，并直接導(dǎo)致管線周圍的局部沖刷，從而引起海洋工程結(jié)構(gòu)的破壞。目前許多工作致力于局部沖刷數(shù)值模型的開發(fā)，采用不同的湍流模型結(jié)合不同的經(jīng)驗(yàn)輸沙公式模擬沖刷進(jìn)程，并用于預(yù)測(cè)管線下方的最大沖刷深度、管線上下游海床變化和漩渦脫落情況。Leeuwestein等[1]采用k-ε模型和推移質(zhì)輸移經(jīng)驗(yàn)公式模擬海床變化，但是模型中沒有考慮懸移質(zhì)的輸運(yùn)，導(dǎo)致沖刷坑計(jì)算值偏大。van Beek等[2]基于k-ε湍流模型，建立了一個(gè)只考慮懸移質(zhì)輸運(yùn)的沖刷模型，并將該模型用于預(yù)測(cè)管線下方的沖刷，預(yù)測(cè)的沖刷坑與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，但是下游沖刷變化有所偏差。Br?rs[3]建立了一個(gè)既考慮密度影響又考慮懸移質(zhì)和推移質(zhì)輸運(yùn)的沖刷模型，利用該模型預(yù)測(cè)了清水沖刷，結(jié)果與Mao[4]的試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，但是該模型沒有模擬出管線后方周期性的漩渦脫落。Li等[5]采用大渦模擬方法建立了管線周圍局部沖刷的數(shù)值模型，模型中假定河床剪切應(yīng)力與清水沖刷下泥沙臨界剪切應(yīng)力相等，或直接采用動(dòng)床沖刷下不受擾流的床面剪切應(yīng)力，預(yù)測(cè)的最大沖刷深度和沖刷坑形狀與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。該模型的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要任何泥沙輸移公式，但是不能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)沖刷過程。……