[发明专利]一种基于雷诺数效应的海底管线在位稳定性工程化评估方法

权利要求书

1.一种基于雷诺数效应的海底管线在位稳定性工程化评估方法，其特征在于包括：

采集海底管线特征系数L/G和雷诺数Re信息，计算海底管线在特定工况下所受的局部压力系数C_P和局部壁面摩擦系数C_f，其中L为管线管长，G为间隙距离；

确定海底管线的物理模型和计算域：根据海底管线的实际尺寸、海底管线与海底面的间隙距离G绘制其物理模型并确定计算域；计算工况下海底管线近壁面产生的近壁面流速u；根据海底管线的计算域计算海底管线底端系数Ω；

根据获取的管线特征系数L/G、雷诺数Re以及底端系数Ω采用高精度水-海床-缆索动力耦合工程化分析方法计算悬跨海底管线的拖曳力系数C_D。

2.根据权利要求1基于雷诺数效应的海底管线在位稳定性工程化评估方法，其特征还在于：所述局部压力系数C_P和局部壁面摩擦系数C_f采用如下方式获取：设洋流与海底管线垂直方向之间的夹角为θ，顺时针为正、逆时针为负，则沿洋流方向和垂直于海底管线方向远离海床面的海流速度分别为ucosθ和usinθ；通过压力系数算法和壁面摩擦系数算法计算获取局部压力系数C_P和局部壁面摩擦系数C_f。

3.根据权利要求1基于雷诺数效应的海底管线在位稳定性工程化评估方法，其特征还在于：计算海底管线在特定工况下的近壁面流速u时，在仿真软件中设置水下实际环境参数，采用k-ε模型计算洋流以不同速度即雷诺数Re工况下海底管线近壁面产生的近壁面流速u。

4.根据权利要求1所述的基于雷诺数效应的海底管线在位稳定性工程化评估方法，其特征还在于：所述海底管线底端系数Ω采用如下方式获取：

对海底管线悬跨段的网格进行划分以及设置其边界条件：其中悬跨段计算域采用混合网格划分，获取海底管线的物理模型时：其中计算域中临近海底管线壁面1/5至2/5计算域半径的区域内采用非结构化网格，其他区域采用结构化网格；将计算域的入口设置为速度入口条件,管线及海床底面设置为固壁面，计算域的出口设置为压力出口条件；

在仿真软件中将所述近壁面流速u作为海底管线悬跨段的入口速度，采用k-ε模型计算出管线绕流速度u对应的海底管线底端系数Ω的离散值。

5.根据权利要求1-4任意所述的基于雷诺数效应的海底管线在位稳定性工程化评估方法，其特征还在于：计算拖曳力系数C_D时：在小悬跨海底管线的多种设定阈值范围内、基于不同的雷诺数Re分别计算拖曳力系数C_D；

当L/D5时:

当20L/D5时：

当L/D20时:

其中：C_D为拖曳力系数、C_p-y为y向压力系数分量、C_f-y为y向壁面摩擦系数分量；海底管线底端系数Ω，A为等效截面面积，ρ为水密度、D为管线半径。