بررسی تأثیر عمق دفن‌شدگی خطوط لوله فراساحلی در حالت تاندوم بر جدایش جریان با استفاده از مدل‌های آزمایشگاهی و عددی

Abstract

وجود خطوط لوله در محیط بستر دریا سبب تغییر الگوی جریان در مجاورت آن­ها شده و نیز موجب به وجود آمدن گردابه­هایی در قسمت های جلو و پشت لوله گردیده که همراه با افزایش شدت آشفتگی است. این تغییرات می­توانند منجر به خستگی سازه و یا آبشستگی در اطراف آن گردند و نهایتاً پایداری سازه را تهدید نمایند. در این مقاله، به منظور بررسی کنش لوله روی جریان، تغییرات به وجود آمده در الگوی جریان اطراف خطوط لوله فراساحلی نیمه مدفون به صورت آزمایشگاهی و عددی در حالت جریان دائمی مورد بررسی قرار گرفته­اند. جهت مدل­سازی تجربی، آزمایش­هایی در آزمایشگاه تحقیقاتی هیدرولیک انجام شده است. آزمایش­ها در یک کانال آزمایشگاهی و با استفاده از یک لوله PVC برای نسبت­های متفاوت عمق دفن­شدگی به قطر لوله انجام گرفته است. جهت مشاهده الگوی جریان از ذرات پلی­استایرن استفاده شده و نیز به منظور کمک به درک فیزیکی پدیده از کلیه مراحل انجام آزمایش­ها به وسیله دوربین دیجیتال، فیلم­برداری شده است. در بخش شبیه­سازی عددی نیز از روش حجم محدود استفاده شده و میدان جریان با استفاده از نرم­افزار دینامیک سیالات محاسباتی FLUENT تحلیل شده است. ایجاد هندسه و شبکه­بندی مدل نیز به وسیله پیش­پردازنده GAMBIT صورت گرفته است. سرانجام نتایج عددی به دست آمده با نتایج تجربی این پژوهش و سایر پژوهشگران مقایسه شده­اند که تطابق نسبتاً خوبی حاصل شده است. نتایج تجربی و عددی نشان دادند که با افزایش نسبت عمق دفن­شدگی به قطر لوله، مقادیر طول نواحی جدایی در بالادست و پایین­دست خطوط لوله در حالت منفرد و تاندوم کاهش می­یابد. همچنین با افزایش عمق دفن شدگی، از مقدار سرعت­های بیشینه مثبت در بالای خط لوله و نیز از سرعت­های بیشینه منفی در محل تشکیل گردابه­ها کاسته می­شود که نتیجه امر کاهش تنش برشی بستر را در پی خواهد داشت. بنابر این می­توان پیش­بینی نمود که با افزایش عمق دفن­شدگی مشکلات ناشی از فرسایش و آبشستگی کاهش خواهند یافت.