本文采用数值模拟的方法研究了冲蚀固床上的子母管线在规则波作用下的水动力特性,为工程设计人员进行海底子母管线的设计和安全性评估工作提供了有价值的科研理论成果和指导。本文采用三步有限元法离散雷诺方程,并通过标准k-co模型来模拟水波的湍流运动,采用CLEAR-VOF法捕捉水体的自由表面,利用可吸收式无反射造波技术建立了数值波浪水槽。文中通过数值计算结果和物理模型试验数据的对比,从波面历时曲线、管线水动力荷载历时曲线、管线周围涡脱模式三个方面验证了数值计算结果的可靠性。本文的数值模型可以用来进行子母管结构的水动力特性的研究。本文基于所建立的数值水槽,数值研究了底床上冲蚀坑的存在对子母管线的水动力荷载的影响,并考察了涡的运动和管线所承受的荷载的振荡变化特征之间的关系,分析了冲蚀坑相对深度S/D、KC数对子管和母管的拖曳力系数、惯性力系数、升力系数以及升力振荡频率的影响。研究结果表明,冲蚀坑的存在使得子管和母管的水平力和升力幅值比平底地形时的有所减小,子管升力和母管升力的振荡出现倍频现象,且存在一定的相位差。在规则波浪作用下,子母管周围的涡量场重复进行着涡的脱落和反向粘附现象,而涡的脱落和反向粘附使得子管升力和母管升力达到极值。随着冲蚀坑相对深度的增大,母管的拖曳力系数呈现先增大后减小的趋势,母管的惯性力系数和正向升力系数逐渐减小并趋向于平稳,负向升力系数则不断增大,而冲蚀坑深度的变化对子管水动力系数的影响很小。通过对冲蚀固床上单管结构和子母管结构的水动力荷载进行对比,得出子管的存在使得母管的水平力幅值减小约50%,而母管的升力幅值则有所增大,且升力的方向更多的表现为负向。随着KC数的增大,子管和母管的拖曳力系数和升力系数逐渐减小并趋向于稳定,而惯性力系数则逐渐增大；同时,KC数的增大使得子母管周围的湍流特征越来越明显,子管和母管的升力频谱曲线出现多个峰值,但是升力频谱曲线的主峰对应的频率恒为2倍波浪振荡频率。