水流作用下墩柱局部冲刷数值模拟研究
发布时间：2021-08-01 21:07
墩柱周围局部冲刷现象一直以来都是研究墩柱失稳因素的重要课题,国内外学者对圆柱绕流结构和局部冲刷特征作了大量研究并取得了丰硕的研究成果,但对其他结构型式如方柱、矩形柱局部冲刷问题的关注相对较少,尤其是近年来水利工程中广泛应用的圆端形柱、开孔型柱和变截面复合型柱等新型桥墩的研究更为缺乏。本文基于FLOW-3D软件中的LES紊流模型和泥沙冲刷模块,建立水流作用下墩柱局部冲刷三维数值模拟模型,研究了水流作用下墩柱局部冲刷坑的形态变化特征和冲刷深度历时变化过程,研究可进一步丰富现有的墩柱冲刷研究成果,为今后水工建筑物的设计施工提供一定参考,具有非常重要的实际意义。首先,建立水流作用下方柱、矩形柱、圆端形柱、圆端开孔型柱局部冲刷三维数值模型。基于数值模拟计算结果,研究不同结构型式的墩柱局部冲刷坑形态变化特征,得到各型式墩柱局部冲刷坑形态在XY平面、纵向对称面、横向剖面上随时间变化规律及模型计算结束时不同型式墩柱局部冲刷坑三维形态;通过对比分析墩柱冲刷深度历时变化曲线,得到不同结构型式墩柱在迎水侧、背水侧冲刷深度和最大冲刷深度历时变化特征的差异性;通过对比分析复合圆型柱与等截面圆柱、复合圆端型柱与等...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１圆柱绕流结构示意图［４］??９
又称为控制体积法（ＦＶＭ），其网格划分方法和当尺寸的单元或控制体，它的基本思路更容易理解的优点是对网格划分精度要求不高，可以计算粗计算效率，也正因为它的这些优点，近年来这种计值计算领域，受到许多的商业ＣＦＤ软件的青睐。??是先把数值计算区域细分为固定的正交网格，用域，用网格节点上函数值的差商代替控制方程中限未知数的新的差分方程组，求解出来的这个方限差分法发展的比较早，经过长期的发展己经非法。??－３Ｄ软件选用有限差分法对控制方程进行数值求解连续的计算域划分为一系列规则的正交网格对偏整个过程通过泰勒级数展开得到。有限差分法示意１?２?３??
１２Ｄ以外流动基本不受墩柱影响），总长度共５Ｄ＋１３Ｄ即１８０ｃｍ；宽度方向８Ｄ为８０ｃｍ，??圆柱位于横向计算域的中心，髙度方向上共Ｈ＋Ｂ即７０ｃｍ，圆柱高度与模型深度相同。??总体计算域见图２．２和图２．３。??因为ＦＬＯＷ－３Ｄ速度边界条件只可以提供沿某一轴向的垂向大小相等的流速，而在??实际的水流运动过程中，水流受到底部床面的粘性剪切作用，一段时间之后，会迅速形??成边界层，边界层充分发展后的紊流流速分布达到稳定状态，因此水流在深度方向的流??速并非均匀分布，而是近似于对数分布形式。水流流速发展达到稳定之间的这段区域称??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]方柱绕流的二维和三维数值模拟[J]. 李雪健,苏中地. 中国计量学院学报. 2013(04)
[2]基于动态亚格子模型的方柱绕流大涡模拟[J]. 张海涛,曹曙阳. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2013(03)
[3]单圆柱桥墩绕流流场试验研究[J]. 严建科,焦臣,龙涛,杨久诚,沈波. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2012(06)
[4]圆柱桥墩局部冲刷机理试验研究[J]. 张新燕,吕宏兴,沈波. 水利水运工程学报. 2012(02)
[5]圆柱桥墩局部冲刷的试验研究[J]. 梁利博,杨小亭,张新燕. 中国农村水利水电. 2010(01)
[6]基于Lattice Boltzmann方法的方柱绕流模拟[J]. 刘天成,葛耀君,曹丰产,刘高. 同济大学学报(自然科学版). 2008(08)
[7]圆柱桥墩绕流试验研究[J]. 田发美,沈波,张新燕,吕宏兴. 人民长江. 2007(11)
[8]应用PIV系统研究横流中水平方柱绕流旋涡特征[J]. 齐鄂荣,卢炜娟,邱兰,吴剑. 武汉大学学报(工学版). 2007(01)
[9]桥墩紊流宽度的试验研究[J]. 何小花,陈立,王鑫,张炯. 水利水运工程学报. 2006(03)
[10]不同雷诺数下方柱绕流的数值模拟[J]. 刘宇,苏中地. 中国计量学院学报. 2006(01)
硕士论文
[1]圆柱桥墩绕流的数值模拟研究[D]. 吉鸿敏.西北农林科技大学 2015
[2]水流作用下海上风机桩式基础局部冲刷三维数值模拟研究[D]. 张博杰.天津大学 2012
[3]有限水深中圆柱型桥墩绕流的模型实验研究[D]. 张新润.大连理工大学 2012
[4]桥墩局部冲刷的数值模拟研究[D]. 贠鹏.中国海洋大学 2012
[5]连续布置桥墩周围水流特性研究[D]. 方森松.长沙理工大学 2011
[6]海上风电支撑结构波浪力及基础冲刷的三维数值模拟研究[D]. 赵雁飞.天津大学 2010
[7]单圆柱桥墩绕流紊动特性试验研究[D]. 韩敏.西北农林科技大学 2010
[8]双排圆柱桥墩绕流脉动特性试验研究[D]. 张显辉.西北农林科技大学 2010
[9]桥墩局部冲刷模拟试验研究[D]. 赵凯.南京水利科学研究院 2009
[10]近壁方柱绕流湍流场非定常特性的PIV实验研究[D]. 万津津.上海交通大学 2009
本文编号：3316247
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１圆柱绕流结构示意图［４］??９
又称为控制体积法（ＦＶＭ），其网格划分方法和当尺寸的单元或控制体，它的基本思路更容易理解的优点是对网格划分精度要求不高，可以计算粗计算效率，也正因为它的这些优点，近年来这种计值计算领域，受到许多的商业ＣＦＤ软件的青睐。??是先把数值计算区域细分为固定的正交网格，用域，用网格节点上函数值的差商代替控制方程中限未知数的新的差分方程组，求解出来的这个方限差分法发展的比较早，经过长期的发展己经非法。??－３Ｄ软件选用有限差分法对控制方程进行数值求解连续的计算域划分为一系列规则的正交网格对偏整个过程通过泰勒级数展开得到。有限差分法示意１?２?３??
１２Ｄ以外流动基本不受墩柱影响），总长度共５Ｄ＋１３Ｄ即１８０ｃｍ；宽度方向８Ｄ为８０ｃｍ，??圆柱位于横向计算域的中心，髙度方向上共Ｈ＋Ｂ即７０ｃｍ，圆柱高度与模型深度相同。??总体计算域见图２．２和图２．３。??因为ＦＬＯＷ－３Ｄ速度边界条件只可以提供沿某一轴向的垂向大小相等的流速，而在??实际的水流运动过程中，水流受到底部床面的粘性剪切作用，一段时间之后，会迅速形??成边界层，边界层充分发展后的紊流流速分布达到稳定状态，因此水流在深度方向的流??速并非均匀分布，而是近似于对数分布形式。水流流速发展达到稳定之间的这段区域称??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]方柱绕流的二维和三维数值模拟[J]. 李雪健,苏中地. 中国计量学院学报. 2013(04)
[2]基于动态亚格子模型的方柱绕流大涡模拟[J]. 张海涛,曹曙阳. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2013(03)
[3]单圆柱桥墩绕流流场试验研究[J]. 严建科,焦臣,龙涛,杨久诚,沈波. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2012(06)
[4]圆柱桥墩局部冲刷机理试验研究[J]. 张新燕,吕宏兴,沈波. 水利水运工程学报. 2012(02)
[5]圆柱桥墩局部冲刷的试验研究[J]. 梁利博,杨小亭,张新燕. 中国农村水利水电. 2010(01)
[6]基于Lattice Boltzmann方法的方柱绕流模拟[J]. 刘天成,葛耀君,曹丰产,刘高. 同济大学学报(自然科学版). 2008(08)
[7]圆柱桥墩绕流试验研究[J]. 田发美,沈波,张新燕,吕宏兴. 人民长江. 2007(11)
[8]应用PIV系统研究横流中水平方柱绕流旋涡特征[J]. 齐鄂荣,卢炜娟,邱兰,吴剑. 武汉大学学报(工学版). 2007(01)
[9]桥墩紊流宽度的试验研究[J]. 何小花,陈立,王鑫,张炯. 水利水运工程学报. 2006(03)
[10]不同雷诺数下方柱绕流的数值模拟[J]. 刘宇,苏中地. 中国计量学院学报. 2006(01)
硕士论文
[1]圆柱桥墩绕流的数值模拟研究[D]. 吉鸿敏.西北农林科技大学 2015
[2]水流作用下海上风机桩式基础局部冲刷三维数值模拟研究[D]. 张博杰.天津大学 2012
[3]有限水深中圆柱型桥墩绕流的模型实验研究[D]. 张新润.大连理工大学 2012
[4]桥墩局部冲刷的数值模拟研究[D]. 贠鹏.中国海洋大学 2012
[5]连续布置桥墩周围水流特性研究[D]. 方森松.长沙理工大学 2011
[6]海上风电支撑结构波浪力及基础冲刷的三维数值模拟研究[D]. 赵雁飞.天津大学 2010
[7]单圆柱桥墩绕流紊动特性试验研究[D]. 韩敏.西北农林科技大学 2010
[8]双排圆柱桥墩绕流脉动特性试验研究[D]. 张显辉.西北农林科技大学 2010
[9]桥墩局部冲刷模拟试验研究[D]. 赵凯.南京水利科学研究院 2009
[10]近壁方柱绕流湍流场非定常特性的PIV实验研究[D]. 万津津.上海交通大学 2009
本文编号：3316247
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