抗拖網(wǎng)海床基沙土基床沖刷機理及數(shù)值模擬研究的開題報告

抗拖網(wǎng)海床基沙土基床沖刷機理及數(shù)值模擬研究的開題報告一、研究背景抗拖網(wǎng)是一種用于防止船舶拖動拋繩或錨鏈損壞海底管線、電纜、鋼管等設(shè)施的保護(hù)裝置。抗拖網(wǎng)通常由防腐蝕防海藻纖維材料編織而成，其當(dāng)量孔徑小于管線直徑，能夠防止管線被鉤掛、拋繩抓掛所帶來的沖擊損傷。然而，在海底底部地形條件復(fù)雜的情況下，抗拖網(wǎng)結(jié)構(gòu)架構(gòu)成為少數(shù)被海底地形壓實在沉積物中的裝置之一。其存在必然影響海床土壤的物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而對海床的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。針對抗拖網(wǎng)的性能優(yōu)化、形態(tài)改進(jìn)、及其對海底環(huán)境產(chǎn)生的影響研究，需要對其與海床基底土壤的相互作用關(guān)系進(jìn)行研究，探明海床基沙土、基床沖刷機理及其數(shù)值模擬研究。二、研究內(nèi)容1.理論分析通過對抗拖網(wǎng)、海床基底土、基床沖刷機理的原理進(jìn)行理論分析，探究其相互作用關(guān)系，提出數(shù)學(xué)模型，為數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)。2.數(shù)值模擬結(jié)合理論分析，以基于多相流-顆粒流-顆粒-結(jié)構(gòu)相互作用的數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，對不同類型的抗拖網(wǎng)、海床基底土、基床沖刷機理進(jìn)行模擬計算，并對結(jié)果進(jìn)行分析。3.實驗研究通過試驗研究驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果，比較不同型號、不同尺寸、不同顆粒大小和不同材料的抗拖網(wǎng)與海床基底土的相互作用組合，為實際應(yīng)用進(jìn)行指導(dǎo)。三、研究意義1.為抗拖網(wǎng)性能優(yōu)化、形態(tài)改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)。2.可以減少因抗拖網(wǎng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的海床沖刷、基底破壞等生態(tài)環(huán)境問題。3.為海洋工程設(shè)計規(guī)范、建設(shè)施工提供技術(shù)支持，有重要的工程實際應(yīng)用價值。四、研究方法1.理論分析通過文獻(xiàn)整理、學(xué)術(shù)討論等方式，探討抗拖網(wǎng)海床基沙土基床沖刷機理的相關(guān)問題，建立數(shù)學(xué)模型。2.數(shù)值模擬應(yīng)用開源的多相流數(shù)值模擬軟件，基于多相流-顆粒流-顆粒-結(jié)構(gòu)相互作用的理論模型建立相應(yīng)的數(shù)值計算模型。3.實驗研究通過設(shè)計和制作不同型號、材料的抗拖網(wǎng)，模擬實際的海床情況，對抗拖網(wǎng)及其與海床基底土的相互作用進(jìn)行實驗研究，并與理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行對比。五、研究計劃第一年：1.完成抗拖網(wǎng)、海床基底土、基床沖刷機理理論分析，并建立模型。2.熟悉并應(yīng)用多相流數(shù)值計算軟件，建立該領(lǐng)域的多相流-顆粒流-顆粒-結(jié)構(gòu)相互作用的計算模型。第二年：1.基于已有理論分析和數(shù)值模擬成果，進(jìn)行抗拖網(wǎng)與海床基底土測試，獲得實驗結(jié)果并進(jìn)行整理分析。2.根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)調(diào)整并優(yōu)化理論模型和數(shù)值模擬算法。第三年：1.對前兩年數(shù)據(jù)進(jìn)行整合的基礎(chǔ)上，完善理論模型和數(shù)值模擬算法。2.進(jìn)一步實驗研究，使用逐步改進(jìn)過的計算模型和算法，制定、測試、驗證更多不同型號抗拖網(wǎng)與海床基底土的相互作用情況。六、研究預(yù)期成果1.完成抗拖網(wǎng)、海床基底土、基床沖刷機理的理論分析及數(shù)值模擬研究，提出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。2.通過實驗研究驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果，并進(jìn)