[发明专利]一种水底管道局部冲刷地貌分析方法

权利要求书

1.一种水底管道局部冲刷地貌分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待测水底管道局部砂床参数与流场参数并进行模型构建，得到离散元模型和计算流体力学模型；

设置离散元模型和计算流体力学模型的边界条件；

基于边界条件耦合离散元模型和计算流体力学模型进行数值模拟实验，得到模拟冲刷地貌结果。

2.根据权利要求1所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法，其特征在于，所述砂床参数包括颗粒粒径级配、颗粒堆积体摩擦角和颗粒材料密度，所述流场参数包括上游来流流速、摩阻流速、速度零点、波浪周期、波高和波速。

3.根据权利要求2所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法，其特征在于，还包括对砂床参数中的颗粒堆积体进行物性参数实验，得到颗粒粒径、密度和颗粒内摩擦角。

4.根据权利要求1所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法，其特征在于，离散元模型的边界条件包括：

判断到水流流速小于预设阈值，设置为固定边界条件；

判断到水流流速大于预设阈值，在水流方向上设置为周期边界条件，其它方向设置为固定边界条件。

5.根据权利要求1所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法，其特征在于，计算流体力学模型边界条件包括：除去颗粒离散元模型的位置，其余的砂床位置设置为无滑移壁面边界条件，流场顶部设置为对称边界条件，来流入口处设置为速度入口边界条件，出口设置为压力出口边界条件。

6.根据权利要求5所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法，其特征在于，来流入口流速使用对数流分布，其计算方程具体如下：

上式中，u_f是摩阻流速，z₀是流速零点。

7.根据权利要求1所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法，其特征在于，所述基于边界条件耦合离散元模型和计算流体力学模型进行数值模拟实验，得到模拟冲刷地貌结果这一步骤，具体包括：

获取待测水底管道周围空间的几何尺寸并使用有限体积法对流场域进行离散，构造计算流体力学计算网格；

获取流场状态并输入离散元模型进行计算，得到颗粒状态；

将颗粒状态输入计算流体力学模型进行计算，根据颗粒在有限体积法网格中的占比计算流场状态并更新结果；

将更新后的结果输入离散元模型进行重复迭代直至设定时间停止计算，得到冲刷地貌结果。

8.根据权利要求7所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法，其特征在于，还包括当待测水底管道走向垂直于水流方向时，耦合计算进行二维模拟。

9.根据权利要求7所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法，其特征在于，耦合计算过程中，离散元模型计算次数多于计算流体力学模型计算次数。

10.根据权利要求7所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法，其特征在于，将计算流体力学模型的库朗数设置为小于1。