本申請涉及海上風(fēng)電工程，特別是涉及一種五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測裝置及方法。
背景技術(shù)：
1、隨著海上風(fēng)電逐步邁向深遠(yuǎn)海，越來越多的適用于深遠(yuǎn)海領(lǐng)域的固定式基礎(chǔ)型式層出不窮，尤其是五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)(mbjf)。不同于單樁基礎(chǔ)，五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)下部筒體直徑大、埋深淺，在波流作用下基礎(chǔ)周圍土體顆粒極易被挾帶流失，進(jìn)而影響基礎(chǔ)在位極限承載和動(dòng)力響應(yīng)特性。不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式周圍流動(dòng)條件區(qū)別較大，尤其是針對五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)這一結(jié)構(gòu)形式。因此前人所總結(jié)的單樁/單筒基礎(chǔ)沖刷深度預(yù)測方法難以對五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)測。此外，對于沖刷范圍的預(yù)測還少有報(bào)道。因此，亟需針對這一新興基礎(chǔ)型式的沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測展開研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請的目的是提供一種五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測裝置及方法，能夠預(yù)測海上風(fēng)電五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)的沖刷深度和沖刷范圍。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>
3、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測裝置，包括：
4、模擬端，用于根據(jù)確定的試驗(yàn)方案模擬五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)模型的沖刷過程，獲得對應(yīng)的原始沖刷數(shù)據(jù)，其中，所述原始沖刷數(shù)據(jù)包括沖刷深度原始數(shù)據(jù)和沖刷范圍原始數(shù)據(jù)；
5、控制端，與所述模擬端連接，用于根據(jù)所述原始沖刷數(shù)據(jù)和試驗(yàn)方案中的工況參數(shù)推導(dǎo)模型預(yù)測公式，通過比尺換算將所述模型預(yù)測公式轉(zhuǎn)換為原型預(yù)測公式，并根據(jù)所述原型預(yù)測公式計(jì)算五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)實(shí)物的沖刷深度和沖刷范圍；
6、所述模擬端具體包括：
7、水槽，用于模擬真實(shí)海洋環(huán)境的水流條件；
8、五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)模型，設(shè)置于所述水槽中；
9、采集設(shè)備，用于采集所述五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)模型周圍的流速數(shù)據(jù)和所述原始沖刷數(shù)據(jù)。
10、第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法，所述五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法利用第一方面所述的五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測裝置執(zhí)行，所述五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法包括：
11、根據(jù)確定的試驗(yàn)方案，利用模擬端模擬五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)模型的沖刷過程，獲得對應(yīng)的原始沖刷數(shù)據(jù)；
12、根據(jù)所述原始沖刷數(shù)據(jù)和試驗(yàn)方案中的工況參數(shù)推導(dǎo)模型預(yù)測公式，通過比尺換算將所述模型預(yù)測公式轉(zhuǎn)換為原型預(yù)測公式，并根據(jù)所述原型預(yù)測公式計(jì)算五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)實(shí)物的沖刷深度和沖刷范圍。
13、根據(jù)本申請?zhí)峁┑木唧w實(shí)施例，本申請具有了以下技術(shù)效果：
14、本申請?zhí)峁┝艘环N五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測裝置及方法，該裝置包括模擬端和控制端，模擬端包括水槽、五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)模型和采集設(shè)備，用于根據(jù)確定的試驗(yàn)方案模擬五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)模型的沖刷過程，獲得對應(yīng)的原始沖刷數(shù)據(jù)，控制端用于根據(jù)所述原始沖刷數(shù)據(jù)和試驗(yàn)方案中的工況參數(shù)推導(dǎo)模型預(yù)測公式，通過比尺換算將所述模型預(yù)測公式轉(zhuǎn)換為原型預(yù)測公式，并根據(jù)所述原型預(yù)測公式計(jì)算五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)實(shí)物的沖刷深度和沖刷范圍，通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)對五連筒沖刷深度預(yù)測和范圍公式進(jìn)行推求和驗(yàn)證，可用于后續(xù)相似基礎(chǔ)型式?jīng)_刷深度和范圍的快速預(yù)測，避免繁復(fù)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬計(jì)算工作，為海上風(fēng)電相似基礎(chǔ)型式的沖刷深度和范圍預(yù)測提供理論依據(jù)和科學(xué)支撐。
1.一種五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測裝置，其特征在于，所述五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測裝置包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測裝置，其特征在于，所述水槽的一端向另一端依次布設(shè)有穩(wěn)水段、第一斜坡、沙池、第二斜坡和泄水段；
3.一種五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法，其特征在于，所述五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法利用權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測裝置執(zhí)行，所述五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法，其特征在于，試驗(yàn)方案的確定過程，具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法，其特征在于，所述工況參數(shù)包括五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)幾何尺寸參數(shù)、水流參數(shù)和模型砂參數(shù)，所述基礎(chǔ)幾何尺寸參數(shù)包括邊筒直徑、筒頂高度和筒高，所述水流參數(shù)包括平均流速、水深和來流角度，所述模型砂參數(shù)包括模型砂臨界起動(dòng)流速、模型砂內(nèi)摩擦角和模型砂中值粒徑，所述模型預(yù)測公式包括沖刷深度預(yù)測公式和沖刷范圍預(yù)測公式，所述沖刷深度預(yù)測公式的推導(dǎo)過程具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法，其特征在于，所述沖刷范圍預(yù)測公式的推導(dǎo)過程具體包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法，其特征在于，所述沖刷深度預(yù)測公式的表達(dá)式為：
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法，其特征在于，所述沖刷范圍預(yù)測公式的表達(dá)式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法，其特征在于，所述模型砂臨界起動(dòng)流速的計(jì)算公式為：
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的五連筒導(dǎo)管架基礎(chǔ)沖刷深度和沖刷范圍預(yù)測方法，其特征在于，所述沖刷時(shí)間的計(jì)算公式為：