海洋平台基础冲刷数值模拟研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woaini009
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本文针对海洋平台桩基冲刷问题,借助两相流数值模型Sed FOAM对直立单圆柱、三种不同倾斜角度的反斜桩和海洋平台布置中常见的2×2群桩结构建立了两相流冲刷数值模型,研究了上述模型中冲刷坑形态的演变、最大冲刷深度的时间历程,对冲刷过程中无量纲泥沙通量、床层剪切应力、混合流速等重要参数进行了分析,主要得到如下结论:(1)直立圆柱冲刷模型的模拟结果中,桩柱周围的冲刷坑形态、无量纲最大冲刷深度的时间历程与Roulund等人的实验结果吻合较好,桩柱上游出现半圆形的冲刷坑,最大无量纲冲刷深度约为0.65出现在桩柱上游,冲刷过程中桩柱下游出现沿着桩柱向下游斜向发展的淤积带。且模型能够准确模拟桩柱周围的冲刷过程,能够捕捉到马蹄涡、涡脱落等现象影响下的局部冲刷。(2)床层附近的无量纲泥沙通量与床层剪切应力放大值在整体上表现出较强的正相关性,即床层剪切应力放大值越大无量纲泥沙通量越大,但在冲刷坑坡折附近,床层剪切应力放大值较小无量纲泥沙通量较大,表明冲刷坑坡折处的泥沙输运并非床层剪切应力驱动。(3)随着冲刷坑的最大冲刷深度与冲刷坑范围的扩大,冲刷坑内的下潜水流强度增加,马蹄涡的影响范围增大但强度降低,进而降低了桩柱下游涡脱落的强度,冲刷坑随时间的发展抑制了桩后尾涡的发展;桩柱下游的尾涡脱落引起的局部床层剪切应力增大是桩柱下游泥沙输移的主导因素。(4)斜桩的冲刷的数值模拟结果表明,在单向水流作用下,在达到冲刷平衡状态时,反斜桩的倾斜角度越大,桩柱上游的最大冲刷深度越大,而桩柱下游的最大冲刷深度随反斜桩的倾斜角度增加而减小。反斜桩上游最大冲刷深度增加的主要原因为桩前下潜水流强度的增加。(5)群桩冲刷模型的模拟结果表明,2×2群桩结构在一定程度上加剧了位于上游桩柱的冲刷,同时减弱了下游桩柱的冲刷。
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