黏土海床管道局部冲刷的模拟研究

基于黏土的流变特性,将黏土视为一种流体,用Herschel-Bulkley模型模拟,采用计算流体力学(CFD)软件Fluent建立二维管道冲刷模型,结合SST k-ω湍流模型以及VOF两相流模型对黏土海床上管道局部冲刷进行数值模拟研究。研究分析表明:海底管道的存在增加了海流对海床的剪切应力,随悬空高度增大,海床剪应力逐渐减小。管道冲刷深度主要受黏土的不排水抗剪强度和流场流速的影响,管道的局部冲刷深度随土体强度的增大而减小,屈服应力为150 Pa时其冲刷深度为0.63D,约为屈服应力为600 Pa时的2倍。管道的局部冲刷深度随流速的增大而增大,流速每增加0.2 m/s其管道下方的冲刷深度平均会增加0.16D。受管道对流场的扰动,管道下游的尾流冲刷深度对流场流速大小更为敏感。