【摘 要】
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海底管线所处的海洋环境一般十分恶劣，在波、流耦合作用下，管线底部泥沙极易发生侵蚀和输移，导致管线悬空，引起管线破坏。本文采用基于嵌入式迭代浸入边界法的高效能三维紊流计算程序CgLES_IBM，对近壁管道周围的三维流场进行直接数值模拟研究，并以此为基础对基于推移质泥沙运动的海底管道周围沙质海床三维局部冲刷开展了大涡模拟，研究了不同间隙比(0和0.2)和不同来流角度(0°、15°、30°和45°)条件
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海底管线所处的海洋环境一般十分恶劣，在波、流耦合作用下，管线底部泥沙极易发生侵蚀和输移，导致管线悬空，引起管线破坏。本文采用基于嵌入式迭代浸入边界法的高效能三维紊流计算程序CgLES_IBM，对近壁管道周围的三维流场进行直接数值模拟研究，并以此为基础对基于推移质泥沙运动的海底管道周围沙质海床三维局部冲刷开展了大涡模拟，研究了不同间隙比(0和0.2)和不同来流角度(0°、15°、30°和45°)条件下局部冲刷的发展过程，再现了跨肩处的三维螺旋流场结构，分析了悬跨发展速度、冲刷深度、冲刷坑形态等随初始间隙比和不同来流角度的变化。主要研究成果如下：
1.在正交来流条件下，当管道放置于床面上时，管道悬跨的发展按照发展速度可以划分为三个阶段：快速冲刷阶段、缓慢冲刷阶段和冲刷稳定阶段。对应于管道悬跨发展的三个阶段，希尔兹数沿展向的分布曲线从“中间高、两端低”的形状逐渐过渡到“中间低、两端高”，并在冲刷稳定后，希尔兹数的分布在展向趋于均匀。而倾斜来流时，随着来流角度的增加，悬跨发展阶段趋于不明显，在15°时，仍可见快速发展阶段和缓慢发展阶段；
2.正交来流时，跨肩处的螺旋来流是悬跨发展的主要原因。随着来流倾斜程度增加，来流的展向速度分量和跨肩处的螺旋来流共同导致悬跨的发展，且螺旋来流的影响逐渐减弱，展向速度分量的影响逐渐增强。其中，在30°和45°来流时，跨肩处的三维螺旋来流消失。
3.在间隙比为0和0.2的工况中，管道下方的脱涡均会受到抑制，从管道上方脱落的旋涡会在下游床面处诱发逆向旋转的旋涡，该逆向旋涡对于冲刷坑的发展有抑制作用。
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