暴露在海床上的管道在海流的作用下极易产生冲刷致使管道悬空从而引发管道安全问题,而至今几乎所有的研究都是针对非黏性砂质海床,鲜有关于黏土海床管道冲刷问题的资料。本文采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对黏土海床上管道局部冲刷问题进行数值模拟研究,采用VOF两相流模型对流体相和土体相进行计算,采用SST k-ω湍流模型对N-S方程进行闭合,采用一步两修正的PISO算法对不可压缩流场进行求解。具体研究内容如下:用Herschel-Bulkley模型模拟黏土,通过不同贯入速度的T-bar试验确定土体参数??0.15,结合土体不排水强度,实现Fluent中土体的模拟。对于刚性固定管道的研究,首先对固壁流场进行模拟分析,管道的局部冲刷过程进行模拟,然后分别对土体强度、土体参数k、流速、管径、悬空高度等可能影响管道冲刷的重要参数进行模拟分析,研究结果表明,海底裸露管道的存在会增大流体对海床的剪切应力;当管道悬空达到一定高度,管道下游有明显的漩涡脱落,可以有效模拟尾流冲刷;土体强度越大,临界剪切应力越大,管道局部冲刷的越难形成;参数k取值越小土体强度越低,冲刷深度越小;流速越大产生的剪切应力越大,冲刷深度越深。对于弹性约束管道的研究,将土体对管道约束近似为X、Y方向上的线性弹力,采用Fluent动网格技术和用户自定义函数(UDF)实现管道-流体-土体三相耦合。对比弹性约束管道与刚性固定管道局部冲刷模拟的结果,发现前者的冲刷深度和冲刷宽度有明显大于后者,这是由于弹性约束管道振动加剧了管道周围流体的湍流强度,加强了流体对管道下方和管道下游土体的侵蚀;除此之外,管道的约束刚度越小管道振动的幅值越大,产生的湍流强度越高,对土体的侵蚀作用越强,冲刷深度越大。