(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210800013.1 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市海珠区新港西 路135号 (72)发明人 马会环　李博恩　 (74)专利代理 机构 深圳市创富知识产权代理有 限公司 4 4367 专利代理师 范伟民 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/14(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种水底管道局部冲刷地貌分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种水底管道局部冲刷地貌 分析方法， 该方法包括： 获取待测水底管道局部 砂床参数与流场参数并进行模型构建， 得到离散 元模型和计算流体力学模型； 设置离散元模型和 计算流体力学模 型的边界条件； 基于边界条件耦 合离散元模型和计算流体力学模型进行数值模 拟实验， 得到模拟冲刷地貌结果。 通过使用本发 明， 能够解决现有冲刷分析方法经验性强、 无法 反映颗粒实际运动情况的问题。 本发 明作为一种 水底管道局部冲刷地貌分析方法， 可广泛应用于 海岸动力学技 术领域。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115062519 A 2022.09.16 CN 115062519 A 1.一种水底管道局部冲刷地貌分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取待测水底管道局部砂床参数与流场 参数并进行模型构建， 得到离散元模型和计算 流体力学模型； 设置离散元模型和计算 流体力学模型的边界条件； 基于边界条件耦合离散元模型和计算流体力学模型进行数值模拟 实验， 得到模拟冲刷 地貌结果。 2.根据权利要求1所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法， 其特征在于， 所述砂床参 数包括颗粒粒径级配、 颗粒堆积体摩擦角和颗粒材料密度， 所述流场参数包括上游来流流 速、 摩阻流速、 速度零 点、 波浪周期、 波高和波速 。 3.根据权利要求2所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法， 其特征在于， 还包括对砂 床参数中的颗粒堆积体进行物性 参数实验， 得到 颗粒粒径、 密度和颗粒内摩擦角。 4.根据权利要求1所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法， 其特征在于， 离散元模型 的边界条件 包括： 判断到水流 流速小于预设阈值， 设置为固定边界条件； 判断到水流流速大于预设阈值， 在水流方向上设置为周期边界条件， 其它方向设置为 固定边界条件。 5.根据权利要求1所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法， 其特征在于， 计算流体力 学模型边界条件包括： 除去颗粒离散元模型 的位置， 其余的砂床位置设置为无滑移壁面边 界条件， 流场顶部设置为对称边界条件， 来流入口处设置为速度入口边界条件， 出口设置为 压力出口边界条件。 6.根据权利要求5所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法， 其特征在于， 来流入口流 速使用对数流分布， 其计算方程具体如下： 上式中， uf是摩阻流速， z0是流速零 点。 7.根据权利要求1所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法， 其特征在于， 所述基于边 界条件耦合离散元模型和计算流体力学模型进 行数值模拟实验， 得到模拟冲刷地貌结果这 一步骤， 具体包括： 获取待测水底管道周围空间的几何尺寸并使用有限体积法对流场 域进行离散， 构造计 算流体力学计算网格； 获取流场状态并输入离 散元模型进行计算， 得到 颗粒状态； 将颗粒状态输入计算流体力学模型进行计算， 根据颗粒在有限体积法网格中的占比计 算流场状态并更新结果； 将更新后的结果输入离散元模型进行重复迭代直至设定时间停止计算， 得到冲刷地貌 结果。 8.根据权利要求7所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法， 其特征在于， 还包括当待 测水底管道走向垂直于水流方向时， 耦合计算进行二维模拟。 9.根据权利要求7所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法， 其特征在于， 耦合计算过权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115062519 A 2程中， 离散元模型计算次数多于计算 流体力学模型计算次数。 10.根据权利要求7所述一种水底管道局部冲刷地貌分析方法， 其特征在于， 将计算流 体力学模型的库朗数设置为小于1。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115062519 A 3