【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水下數據中心設計領域，具體涉及一種連廊-方艙組合式海底數據中心沖淤演變的分析方法。
技術介紹
1、連廊-方艙組合式海底數據中心是一種創新的數據中心建設方案，通過設置海底連廊連接多個數據方艙，實現了海底數據方艙的便捷維護和檢修，提高了海底數據中心的集集約化水平，有效降低了建設和運營成本。然而，這種新型數據中心的設計和部署也面臨著一系列技術和環境挑戰。
2、由于海底數據中心的布設，使海底局部區域的阻水面積大幅增加，導致水流流速加快，并可能在某些區域形成渦流。這種流場變化不僅會影響海底生態系統，還會對數據中心本身的穩定性造成威脅。水流加速和渦流形成會導致海底數據中心底部基礎的沖刷，特別是采用樁基礎的數據中心，海床的沖刷會降低樁基承載力，增加結構失穩的風險。
3、同時，海底泥沙的淤積作用也可能導致數據中心被泥沙覆蓋，尤其是存放數據服務器的方艙，其內部由于服務器的運行，需要流動的海水不斷對其進行降溫散熱，若方艙被泥沙覆蓋，增加服務器過熱的風險，嚴重影響數據中心的正常運行。因泥沙淤積所產生的定期清理費用較高。
技術實現思路
1、本專利技術的目的，是為了提高結構的穩定性和耐久性，降低維護成本，提出了一種連廊-方艙組合式海底數據中心沖淤演變的分析方法，以確保海底數據中心基礎穩定性以及優化海底數據中心結構尺寸和布置，盡量減少泥沙淤積對數據中心的影響，可廣泛的應用于水下數據中心設計領域。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3
4、所述收集數據，包括擬定2個以上連廊-方艙組合式海底數據中心建設區域，在所述建設區域內布置n個測點間隔時間δt收集t時間段內海域特征數據、水動力學參數、氣象數據以及底質組成參數；所述海域特征數據包括土壤類型和高精度的海底地形數據，所述水動力學參數包括海面波浪高度、周期以及海底水流流速、流向，所述氣象數據包括風速、風向，所述底質組成參數包括泥沙粒徑、流體密度、泥沙混合密度；
5、s2、計算模型參數；
6、所述計算模型參數，包括根據soulsby-whitehouse公式計算臨界希爾茲參數，
7、
8、式中，r*為泥沙中值粒徑的無量綱參數；所述泥沙中值粒徑的無量綱參數根據下式進行計算，
9、
10、式中，d50為泥沙中值粒徑，ρf為流體密度，ρs為泥沙混合密度，g為重力加速度，μf為流體動力粘度；進一步考慮海底斜坡傾角對泥沙沉積的影響，得到修正后的臨界希爾茲參數，
11、
12、式中，為泥沙休止角，α為流速矢量與海床面之間的夾角，β為海床面與重力之間的夾角；
13、還包括采用mastbergen公式計算海床泥沙被水流挾帶轉化為懸浮泥沙，
14、
15、式中，k為泥沙狹帶系數，ns為海床表面法向向量，d*為泥沙顆粒的無量綱粒徑，ds為泥沙粒徑，θs為海床泥沙局部希爾茲數；所述泥沙顆粒的無量綱粒徑據下式進行計算，
16、
17、所述海床泥沙局部希爾茲數根據下式進行計算，
18、
19、式中，τ為海床局部切應力；部分懸浮泥沙在重力作用下沉降轉化為淤積泥沙，泥沙的沉降速度按下式進行計算，
20、
21、式中，νf為流體的運動粘度；
22、還包括根據推移質輸移速度的床面單寬體積輸沙公式計算泥沙顆粒在水流中的推移質運動，
23、φ＝βmpm(θi-θcr)1.5cb?(8)
24、式中，φ為單寬體積推移質輸沙率，βmpm為推移質系數，cb為泥沙體積分數；
25、s3、模型建立與驗證；
26、所述模型建立與驗證，包括獲取連廊-方艙組合式海底數據中心的結構尺寸數據，根據所述結構尺寸數據、海底地形數據建立cfd模型，并將海底糙率以及所述模型參數輸入cfd模型，然后進行網格劃分，并對有海底數據中心影響下的流速和流向進行實測值與模擬值的對比，采用皮爾遜相關系數表征模型的準確性；
27、s4、結果預測與結構優化；
28、所述結果預測與結構優化，包括根據cfd模型對連廊-方艙組合式海底數據中心使用周期內的泥沙淤積演變過程進行模擬，對比各所述建設區域演變模擬結果，選擇泥沙沖刷和淤積變化后海底地形變化較小的一個區域作為目標建設區域，根據目標建設區域的演變模擬結果，對于泥沙沖刷后海底地勢變低的區域，在進行樁基設計時需要增加樁長，對于泥沙淤積掩埋方艙的區域，需要優化結構尺寸和連廊-方艙組合式海底數據中心的結構形式得到更小的泥沙淤積掩埋深度，對于優化后仍有較大方艙掩埋深度的區域，在方艙下部設置架高層，架高層的高度為所述掩埋深度。
29、作為本專利技術的優選技術方案，步驟s2中，所述泥沙粒徑采用泥沙顆粒分析設備獲得，所述泥沙顆粒分析設備包括粒度分布檢測儀、顆粒數據處理器和存儲器，將海底泥沙樣本放入所述粒度分布檢測儀中，得到泥沙的粒度分布曲線，所述顆粒數據處理器讀取泥沙的粒度分布曲線，自動分析得到所述泥沙粒徑、泥沙中值粒徑的無量綱參數和泥沙顆粒的無量綱粒徑，并存儲到存儲器中。
30、作為本專利技術的優選技術方案，步驟s2中，所述推移質系數的取值范圍為8～13，具體取值過程包括，根據根據所述海底地形數據建立無海底數據中心結構的cfd三維模型，設定初始推移質系數為8，其余條件不變實施步驟s3，然后運行模型，模擬一定時間尺度內的海床沖淤演變過程，將演變模擬結果與t/δt期實測海底地形數據變化進行比較，調整推移質系數，使模型更準確的反映實際泥沙沖淤變化。
31、作為本專利技術的優選技術方案，步驟s2中，所述泥沙體積分數通過現場采樣測量泥沙的重量和體積，然后計算其在水體中的體積占比來獲取。
32、本專利技術的有益效果是：通過選擇合適的參數對海底數據中心的沖淤演變過程進行建模分析，得到海底數據中心使用周期內隨時間推移的泥沙沖刷和淤積演變后的海底地形，并可以根據海底地形演變結果針對性加強樁基以及優化結構，也可以收集不同海域的數據，根據不同海域的海底地形演變模擬結果，選擇泥沙沖刷和淤積變化后海底地形變化更小的海域布設海底數據中心。
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1.一種連廊-方艙組合式海底數據中心沖淤演變的分析方法，其特征在于具體包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的連廊-方艙組合式海底數據中心沖淤演變的分析方法，其特征在于：步驟S2中，所述泥沙粒徑采用泥沙顆粒分析設備獲得，所述泥沙顆粒分析設備包括粒度分布檢測儀、顆粒數據處理器和存儲器，將海底泥沙樣本放入所述粒度分布檢測儀中，得到泥沙的粒度分布曲線，所述顆粒數據處理器讀取泥沙的粒度分布曲線，自動分析得到所述泥沙中值粒徑、泥沙中值粒徑的無量綱參數和泥沙顆粒的無量綱粒徑，并存儲到存儲器中。
3.根據權利要求1所述的連廊-方艙組合式海底數據中心沖淤演變的分析方法，其特征在于：步驟S2中，所述推移質系數的取值范圍為8～13，具體取值過程包括，根據根據所述海底地形數據建立無海底數據中心結構的CFD三維模型，設定初始推移質系數為8，其余條件不變實施步驟S3，然后運行模型，模擬一定時間尺度內的海床沖淤演變過程，將演變模擬結果與T/ΔT期實測海底地形數據變化進行比較，調整推移質系數，使模型更準確的反映實際泥沙沖淤變化。
4.根據權利要求1所述的連廊-方艙組合式海底
...【技術特征摘要】
1.一種連廊-方艙組合式海底數據中心沖淤演變的分析方法，其特征在于具體包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的連廊-方艙組合式海底數據中心沖淤演變的分析方法，其特征在于：步驟s2中，所述泥沙粒徑采用泥沙顆粒分析設備獲得，所述泥沙顆粒分析設備包括粒度分布檢測儀、顆粒數據處理器和存儲器，將海底泥沙樣本放入所述粒度分布檢測儀中，得到泥沙的粒度分布曲線，所述顆粒數據處理器讀取泥沙的粒度分布曲線，自動分析得到所述泥沙中值粒徑、泥沙中值粒徑的無量綱參數和泥沙顆粒的無量綱粒徑，并存儲到存儲器中。
3.根據權利要求1所述的連廊-方艙組合式海底數據中心沖...
【專利技術屬性】
技術研發人員：應宗權，萬景琳，左華楠，王雪剛，林美鴻，
申請(專利權)人：中交四航工程研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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