Аннотация

Цель: установить влияние малых межтрубных расстояний (1D–4D) на структуру течения и гидродинамические нагрузки при обтекании двух параллельных трубопроводов. 

Материалы и методы. Проведены экспериментальные исследования распределения скоростей потока по вертикали в различных поперечных сечениях: на подходе к переходу, в непосредственной близости к трубопроводам, за трубопроводами и в межтрубном пространстве – на гидравлическом канале в лаборатории гидравлики и гидромеханики Национального исследовательского Московского государственного строительного университета. Выполнено численное моделирование процесса обтекания трубопроводного перехода набегающим потоком в программном комплексе ANSYS Fluent. Модели трубопроводов для лабораторного эксперимента были изготовлены из пластика, диаметр моделей составлял 25 мм, шероховатость поверхности моделировалась шлифовальной шкуркой № 100 с эквивалентной высотой выступов шероховатости 100 мкм. При численном моделировании для описания турбулентности использована модель SST, свободная поверхность учитывалась методом VOF. Проведена верификация разработанной математической модели путем сопоставления результатов численного моделирования с экспериментальными данными, полученными при исследовании обтекания трубопровода, расположенного на дне гидравлического лотка. 

Результаты. Установлено, что при межтрубных расстояниях в диапазоне 1D–3D за первой трубой формируется следовая зона, сохраняющая значительное влияние на вторую нитку и вызывающая снижение подъемной силы и появление отрицательной продольной составляющей сопротивления. При увеличении межтрубного расстояния до 4D наблюдается переход к режиму практически независимого обтекания, сопровождающемуся восстановлением структуры течения перед второй трубой. 

Выводы. Межтрубное расстояние порядка 4D может рассматриваться как рациональное для снижения взаимного гидродинамического влияния параллельных ниток подводного трубопровода.

doi: 10.31774/2712-9357-2026-16-2-318-336

Для цитирования

Шерстнев Д. Ю., Брянская Ю. В. Гидродинамическое взаимодействие двух параллельных трубопроводов при малых межтрубных расстояниях // Мелиорация и гидротехника. 2026. Т. 16, № 2. С. 318–336. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2026-16-2-318-336.

Список литературы

1. Мордвинцев К. П., Гогин А. Г., Корнеева Е. М. Устойчивость подводного трубопровода при воздействии течения и волн // Инженерные исследования. 2021. Т. 22, № 1. С. 113–121. DOI: 10.22363/2312-8143-2021-22-1-113-121. EDN: TDVELH.

2. Cokgor S., Avci I. Hydrodynamic forces on partly buried tandem, twin pipelines in current // Ocean Engineering. 2001. Vol. 28, № 10. P. 1349–1360. DOI: 10.1016/S0029-8018(00)00051-2.

3. Azamathulla H. M., Zakaria N. A. Prediction of scour below submerged pipeline crossing a river using ANN // Water Science and Technology. 2011. Vol. 63, № 10. P. 2225–2230. DOI: 10.2166/wst.2011.459.

4. Bryanskiy I. A., Borovkov V. S. Velocity distribution along the flow depth in the pipe crossing’s area of influence // Power Technology and Engineering. 2021. Vol. 55. P. 26–29. DOI: 10.1007/s10749-021-01314-2. EDN: WWZHNM.

5. Муравьева Л. В. Оценка опасности подводного трубопровода // Транспортные сооружения. 2015. Т. 2, № 4. С. 68–75. EDN: WHWRTR.

6. Numerical simulation of local scour and flow field around pipelines / H. Dong, P. Huang, Z. Sun, Z. Li, L. Chong // Journal of Coastal Research. 2020. Vol. 111, № sp1. P. 272–278. DOI: 10.2112/JCR-SI111-049.1. EDN: FEUTGT.

7. Near-bed flow mechanisms around a circular marine pipeline close to a flat seabed in the subcritical flow regime using a k-ε model / M. C. Ong, T. Utnes, L. E. Holmedal, D. Myrhaug, B. Pettersen // Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering. 2012. Vol. 134, № 2. Art. 021803. DOI: 10.1115/1.4004631.

8. Flow around and forces on a pipeline near a scoured bed in steady current / B. L. Jensen, B. M. Sumer, H. R. Jensen, J. Fredsøe // Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering. 1990. Vol. 112, № 3. P. 206–213. DOI: 10.1115/1.2919858.

9. Versteeg H. K., Malalasekera W. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. 2nd ed. Harlow: Pearson Education Limited, 2007. 528 p.

10. Wilcox D. C. Turbulence Modeling for CFD. 3rd ed. La Cañada, CA: DCW Industries, 2006. 522 p.

11. Schlichting H., Gersten K. Boundary-Layer Theory. 8th ed. Berlin: Springer, 2000. 801 p. DOI: 10.1007/978-3-662-52919-5.

12. Hirt C. W., Nichols B. D. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries // Journal of Computational Physics. 1981. Vol. 39, № 1. P. 201–225. DOI: 10.1016/0021-9991(81)90145-5.

13. White F. M. Fluid Mechanics. 8th ed. New York: McGraw-Hill Education, 2015. 864 p.

14. Launder B. E., Spalding D. B. The numerical computation of turbulent flows // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1974. Vol. 3, № 2. P. 269–289. DOI: 10.1016/0045-7825(74)90029-2. EDN: XQOCPG.

15. Gatski T. B., Speziale C. G. On explicit algebraic stress models for complex turbulent flows // Journal of Fluid Mechanics. 1993. Vol. 254. P. 59–78. DOI: 10.1017/S0022112093002034.

16. Menter F. R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal. 1994. Vol. 32, № 8. P. 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149.

17. Brackbill J. U., Kothe D. B., Zemach C. A continuum method for modeling surface tension // Journal of Computational Physics. 1992. Vol. 100, № 2. P. 335–354. DOI: 10.1016/0021-9991(92)90240-Y.

18. Scardovelli R., Zaleski S. Direct numerical simulation of free-surface and interfacial flow // Annual Review of Fluid Mechanics. 1999. Vol. 31. P. 567–603. DOI: 10.1146/annurev.fluid.31.1.567.

19. Ferziger J. H., Perić M. Computational Methods for Fluid Dynamics. 3rd ed. Berlin: Springer, 2002. 423 p. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6.