بررسی پارامترهای موثر بر آبشستگی خطوط لوله به روش دینامیک سیالات محاسباتی و المان مجزا

وقوع پدیده آبشستگی اطراف خطوط لوله بستر دریا می تواند منجر به شکست لوله و ایجاد خطر جدی برای محیط زیست دریا و ضرر اقتصادی شود. برای پیشگیری از وقوع آبشستگی می توان با شبیه سازی این پدیده و شناسایی پارامترهای موثر بر آن به طراحی کارآمدتر جایگذاری لوله در بستر دریا کمک کرد. روش های مختلفی مانند نظریه جریان پتانسیل و مدل‌های آشفتگی تک فاز و دو فاز برای شبیه سازی این پدیده پیشنهاد شده اند اما در این مقاله شبیه سازی و بررسی پارامترهای موثر بر این پدیده به روش ترکیبی دینامیک سیالات محاسباتی و المان مجزا انجام می گیرد تا بتوان این پدیده را نزدیک تر به واقعیت طبیعت آن مدل سازی کرد. نوآوری این روش این است که می توان اطلاعات و رفتار تک تک ذرات ماسه را از قبیل سرعت، گرادیان فشار و پروفیل بستر را مطالعه کرد. برای این مدل سازی در بخش cfd از نرم افزار openfoam و برای بخش dem از نرم افزار liggghts و برای ترکیب این دو بخش از نرم افزار cfdem استفاده شده است. بزرگی سرعت و حرکات ذرات، بزرگی نیروی درگ و پروفیل بستر در سه مرحله ی شروع آبشستگی، فرسایش تونلی و فرسایش ویک دنباله در حالتی که لوله با بستر فاصله ای ندارد، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج پژوهش نشان می دهد زمان شروع آبشستگی به سرعت جریان و عدد شیلدز بستگی دارد و در مرحله ی شروع آبشستگی، عمق حفره زیر مرکز لوله با سرعت بیشتری افزایش می یابد و با گذر زمان افزایش عمق حفره کاهش می یابد. در حالت هایی که لوله نسبت به بستر فاصله اولیه داشته باشد و یا به اندازه یک چهارم قطر لوله در ماسه فرو رفته باشد نیز پروفیل بستر آبشستگی بررسی و مقایسه شد که نشان داد عمق حفره آبشستگی با افزایش نسبت کاهش می یابد.