夏华永,王俊勤

(1.国家海洋局南海预报中心,广东广州510300; 2.中海石油(中国)有限公司北京研究中心,北京100027)

波浪作用下管道冲刷暴发计算的边界元方法

夏华永1,王俊勤2

(1.国家海洋局南海预报中心,广东广州510300; 2.中海石油(中国)有限公司北京研究中心,北京100027)

管道冲刷暴发临界条件是海底管道设计和运营的重要参数。Sumer等给出了3个Keulegan-Carpenter (KC)数的波浪作用下冲刷暴发的试验曲线。但对于任意KC数,Sumer等的方法并不准确。因此,建立波浪作用下冲刷暴发条件计算方法,具有重要意义。因管道与床面相交形成了复杂的几何形状,管道与床面的交叉点是数值奇点,因而管道冲刷暴发临界条件计算较为复杂。本研究采用边界元方法计算波浪运动及渗流压力。边界元可准确地拟合海底与管壁边界,方便地处理管道与海床交叉点的数值奇点问题,并可直接计算出奇点处的垂向压力梯度,准确地计算冲刷暴发的临界条件。本研究计算结果与实测值符合良好。

海底管道;冲刷暴发;边界元;数值奇点

海底管道悬空是管道运行极大的安全隐患,因此,管道局部冲刷是管道设计与运行必需掌握的参数。目前,已发展了多种海底管道冲刷模型,如势流模型、大涡模拟模型、紊流模型、涡度模型、两相流模型及格点波尔兹曼方法模型[1-6]。模拟过程中,这些模型都假定管道下面与海床之间已有一个小的缝隙,即假定了管道冲刷已经发生,然后模拟在水流与波浪作用下的海床冲刷过程及平衡剖面形态。……