三脚架桩基局部冲刷的数值研究
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本研究对三脚架周围不规则波浪中的局部冲刷进行了数值研究。建立并验证了以 RNG k 湍流模型为基础的海床-三脚架-流体数值模型，分析了流速分布和冲刷特性。建议的计算模型 FLOW-3D 是分析和预测三脚架周围不规则波浪中的最大冲刷发展和流场的有用工具。
必须研究和计算影响三脚架基础的冲刷值，因为这种现象直接对结构及其设计寿命产生负面影响。较低的对角支撑和主柱充当障碍物，增加了其下方的水流加速度，这增加了移动的颗粒数量，进而产生强烈的冲刷。数值模型与实验模型具有良好的一致性，实验模型与数值模型之间的最大误差为 10%。此外，基于无量纲分析参数，设计了一个经验方程来预测冲刷深度，包括水流深度、中值尺寸比、Keulegan-Carpenter（Kc）、Froude 数和波速，该研究在不同流速和深度下获得的结果表明，最大冲刷深度率取决于波高，随着流速的增加和粒径的减小（d50），当Vw＜0.75时，冲刷深度达到稳定值。随着Froude数的增加，最大冲刷深度将变大。
数值模型
为了模拟三脚架基础周围的冲刷过程，采用了 CFD 软件 FLOW-3D 。利用分数面积/体积法（FAVOR），可以处理域的复杂边界。
这个模型使用 Schendel 等人以及 Sumer 和 Fredsøe 的实验数据进行测试和验证，并在不同参数下执行了 200 次运算。
模型设定
图1 海床-三脚架-流体数值模型
图2 模型网格
图3 模型边界条件
图4 网格尺寸影响
图5 数值模拟的冲刷深度与 Sumer 和 Fredsøe、Schendel 等人的实验结果相比，呈现出很好的一致性
研究成果与分析
图6 随时间变化的冲刷深度
图7 三脚架周围冲刷深度发展（至稳态）的模拟时间序列结果
图8 三脚架周围流速分布的随机波动
图9 柱径（D）对最大冲刷深度（Smax）的主要影响
图10 相对最大冲刷深度与KC数的关系
结论
（1）现有的海床-三脚架-流体数值模型能够准确模拟三脚架周围的冲刷过程及流场，显示此模型可用于预测随机波浪作用下三脚架基础的冲刷情形。
（2）他们的研究团队在不同流速和水深下进行实验，结果显示，最大冲刷深度与波高成正比，且随着流速增加、颗粒粒径减小（d50），冲刷作用会更加明显。
（3）斜撑与主柱作为阻碍物，增加了其下方水流的加速度。这提高了扰动的强度和对海底的剪切应力，进而导致更多的颗粒被动员和传输，结果导致该处更严重的冲刷。
（4）Froude 数与冲刷过程密切相关。一般而言，随着 Froude 数的增加，最大冲刷深度和冲刷范围也会增加。最大冲刷深度总是与弗劳德数最大且间距比最短的情况相一致。
由于相关实验或研究较少，因此只能依单桩准则进行评估。为深入了解三脚架周围的冲刷效应，未来将利用数值模拟研究不同土壤、基础、施工条件以及实体模型试验。
详细原文可参考以下链接。
https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1764143909679_q7wufe.jpg
