بررسی عددی تغییرات بستر فرسایش‌پذیر اطراف خط لوله مستغرق تحت اثر صفحه محافظ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد- مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

3 دانش‌آموخته دکتری مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

4 مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

آبشستگی در محل خطوط لوله مستغرق تحت اثر جریان‌های گردابی اطراف لوله عبوری از بستر رودخانه منجر به نشست و شکست خط لوله و همچنین نفوذ سیال عبوری از لوله به جریان می‌شود. لذا تلاش در راستای کاهش این مخاطرات و اثر آن‌ها، همواره مورد توجه محققان و مهندسین است. در تحقیق حاضر آبشستگی و رسوب‌گذاری اطراف لوله و بستر پیرامون آن تحت اثر یک صفحه‌ محافظ در موقعیت و ارتفاع‌های مختلف با به‌کارگیری مدل عددی Flow-3D مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. مقایسه نتایج شبیه‌سازی تحقیق حاضر با نتایج آزمایشگاهی نشان داد که مدل عددی مورد استفاده با شاخص آماری 96/0= R2 توانایی قابل قبولی را در شبیه‌سازی پدیده مذکور داراست. همچنین نتایج نشان داد که با نصب یک صفحه با ارتفاع H=1.25D (D قطر لوله) و در فاصله 0.5D پایین‌دست لوله، عمق آبشستگی زیر لوله تا 60 درصد کاهش و همچنین متوسط تراز بستر در محدوده بالادست 82 درصد افزایش می‌یابد، که بهینه‌ترین حالت بین جایگاه‌های مختلف پایین‌دست است. حالت بهینه صفحه در بالادست مربوط به ارتفاع H=0.75D و در فاصله 1.5D می‌باشد که علاوه بر عدم ایجاد آبشستگی، متوسط تراز بستر بین لوله و صفحه در بالادست 9/4 برابر نسبت به حالت بدون صفحه افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of the Erodible Bed Changes Around the Submerged Pipeline affected by the Protective Plate

نویسندگان [English]

  • Shahab Nayyer 1
  • Khosrow Hosseini 2
  • Mehran Kheirkhahan 3
  • Sayed-Farhad Mousavi 4
1 MSc graduated, Department of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Iran
2 Hydraulic structure Department, Civil Engineering faculty, Semnan university
3 Ph.D., Department of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Iran
4 Department of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

Scouring at the place of submerged pipelines under the effect of eddy currents around the pipe passing through the riverbed leads to the settlement and failure of the pipeline as well as the penetration of the fluid passing through the pipe into the stream. Therefore, efforts to reduce these risks and their effects are always the attention of researchers and engineers. In the current research, scouring and sedimentation around the pipe and its surrounding bed under the effect of a protective plate at different positions and heights have been investigated and analyzed using Flow-3D. A comparison of the simulation results of the present research with the laboratory results showed that the used numerical model with the statistical index R2=0.96 has an acceptable ability in simulating the mentioned phenomenon. Also, the results showed that by installing a plate with a height of H=1.25D (D is the diameter of the pipe) and at a distance of 0.5D downstream of the pipe, the scouring depth under the pipe decreases by 60%, and also the average level of the bed in the upstream area increases by 82%, which is the most optimal state among different downstream positions. The optimal state of the plate in the upstream corresponds to the height of H=0.75D and at a distance of 1.5D, which not create scouring, and the average level of the bed between the pipe and the plate in the upstream has increased 4.9 times compared to the state without the plate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Transfer Pipeline
  • Scouring
  • Sedimentation
  • Protective Plate
  • Flow-3D

مراجع

. اعلمی، ن.، صانعی، م. و حاجی‌کندی، ه. 1401. تأثیر زاویه ارتفاع پایه نگهدارنده و قطر خطوط لوله بر حداکثر گودال آبشستگی. مجله علوم آب و خاک، دوره بیست و ششم، شماره 1، ص 100- 85.
 بیژنوند، س.، کاشفی‌پور، س. م. و بهرامی یار احمدی، م.  1400. مطالعه ی اثر عمق کارگذاری لوله بر تغییرات زمانی پارامترهای آبشستگی و رسوبگذاری پیرامون خطوط لوله متقاطع با رودخانه. نشریه هیدرولیک، دوره شانزدهم، شماره 3، ص 53- 413. حسینی، د.، ح. حکیم زاده و ر. غیاثی. 1385. بررسی مسائل آبشستگی موضعی در اطراف خطوط لوله با استفاده از مدل‌های عددی و فیزیکی. مهندسی دریا، دوره سوم، شماره 5، ص۵۳-۳۷.
. مرادی، س.، ک. اسماعیلی و س. خداشناس. 1397. بررسی توسعه زمانی آبشستگی اطراف خطوط لوله با بهینه‎یابی موقعیت نصب پیگیبک‎لاین .علوم و مهندسی آبیاری، دوره 41، شماره 4، ص 187- 173.
. میرعلیزاده، ا.، س. م. لطف‌اللهی‌یقین، م. حسین‌زاده دلیر و ح. علی‌حکیم‌زاده. 1392. بررسی مسئله‌ی فرایند آبشستگی در اطراف خطوط لوله‌ی دریایی با در نظر گرفتن ورق زیرسری نفوذناپذیر در زیر لوله. مهندس عمران مدرس، دوره سیزدهم، شماره 3، ص. 136- 125.
نیر، ش.، م. خیرخواهان و خ. حسینی. 1399. شبیه سازی عددی اثر زاویه دریچه کشویی بر جریان و اندرکنش آن با بستر فرسایش پذیر پایین دست. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، دوره چهاردهم، شماره 2، ص 569- 559.
Asrari, S., H. Hakimzadeh and N. Kardan. 2021. Investigation on the local scour beneath piggyback pipelines under clear-water conditions. China Ocean Engineering, 35(3): 422-431.
 Brors, B. 1999. Numerical modeling of flow and scour at pipelines. Journal of Hydraulics Engineering, ASCE, 125(5): 511-523.
Chai, T. and R. R. Draxler. 2014. Root mean square error (RMSE) or mean absolute error (MAE)? -Arguments against avoiding RMSE in the literature. Geo-Sci, 7:1247–1250.
 Chen, L., S.J. Hulshoff and Y. Wang. 2020. 2D residual-based LES of flow around a pipeline close to a flat seabed. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 363, 112788.
 Chiew, Y.M. 1991. Mechanics of local scour around submarine pipelines. Journal of Hydraulic Enginnering, 116 (4): 515–529.
 Flow Science Inc. 2008. FLOW-3D User’s Manual. 9.3 ed. Los Alamos, NM: Flow Science Inc.
 Li, F., L. Cheng. 1999. Numerical model for local scour under offshore pipelines. Journal of Hydraulics Engineering, ASCE, 125(4): 400-406.
Li, F., L. Cheng. 2001. Prediction of lee-wake scouring of pipelines in currents. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, ASCE,127(2): 106-112.
Li, K., Z. Guo, L. Wang and H. Jiang. 2019. Effect of seepage flow on shields number around a fixed and sagging pipeline. Ocean Engineering, 172: 487-500.
 Mao, Y. 1986. The interaction between a pipeline and an erodible bed. Series Paper No. 39, Inst., of Hydrodynamics and Hydr., Engrg., Tech. Univ., of Denmark, Lyngby, Denmark.
 Meyer-Peter, E. and R. Müller. 1948. Formulas for bed-load transport. In IAHSR 2nd meeting, Stockholm, appendix 2: 39-64.
 Ming-Ming, L., W. Hao-Cheng, S. Fei-Fei, J. Xin, T. Guo-Qiang and Y. Fan. 2022. Numerical investigation of local scour around a vibration pipeline under free surface wave condition. Ocean Engineering, 245: 110556.
Nayyer, S., S. Farzin, H. Karami and M. Rostami. 2019. A numerical and experimental investigation of the effects of combination of spur dikes in series on a flow field. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 41(6): 1-11.
 Shan, D., Y. Liu and Y. LI. 2015. Numerical Simulation of Submarine Pipeline Self-Buried on Sediment Seabed. Advances in Petroleum Exploration and Development 10(1): 44- 50.
Sumer, B.M., H.R. Jensen, Y. Mao and J. Fredsøe. 1988. Effect of lee-wake on scour below pipelines in current. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 114(5): 599-614.
. Sumer, B.M. and J. Fredsoe. 1991. Scour below pipelines in waves. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 116(3): 307-323.
. Sumer, B.M. and J. Fredsoe. 2002. Time scale of scour around a large vertical cylinder in waves. In The Twelfth International Offshore and Polar Engineering Conference. OnePetro.
. Sumer, B.M., C. Truelsen, T. Sichmann, J. Fredsøe. 2001. Onset of scour below pipelines and self-burial. Journal of Coastal Engineering, 42 (4): 213–235.
Tofany, N. and T. Wirahman. 2022. Numerical simulation of early stages of scour around a submarine pipeline using a two-phase flow model. Ocean Engineering, 264: 112503.
 Yang, J., Y.M. Low, C.H. Lee and Y.M. Chiew. 2018. Numerical simulation of scour around a submarine pipeline using computational fluid dynamics and discrete element method. Applied Mathematical Modelling, 55: 400-416.
Yang, L., Y. Guo, B. Shi, C. Kuang, W. Xu and S. Cao. 2012. Study of scour around submarine pipeline with a rubber plate or rigid spoiler in wave conditions. Journal of waterway, port, coastal, and Ocean Engineering, 138(6): 484-490.
 Yang, S., Y. Guo, B. Shi, G.Yu, L. Yang and M. Zhang. 2021. Numerical investigation of the influence of the small pipeline on local scour morphology around the piggyback pipeline. Ocean Engineering, 240: 109973.
 Zhao, J. and X. Wang. 2008. CFD Numerical Simulation of the Submarine Pipeline with Spoiler. In ASME 2008 Pressure Vessels and Piping Conference, American Society of Mechanical Engineers, 21- 27.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار