封冻期冰塞作用下桥墩壅水性能的研究
发布时间：2022-10-03 16:52
河流中桥墩的存在,必然会引起局部过流面积的缩窄,造成上游河段局部范围内水位的抬高。而封冻期河道中形成的冰塞进一步改变了原有的水力特征,增加了河道的综合糙率和封冻阻力,加大了河道上游产生壅水的可能性。目前考虑冰塞存在时桥墩壅水变化规律的研究工作较为匮乏,因此本次研究具有重要的现实意义。本文是基于桥墩壅水计算的基础上,通过数值模拟方法研究了冰塞作用下桥墩上游壅水的变化规律,为冬期河道的防凌减灾以及桥梁的修建提供一定的技术支撑和理论依据。本次模拟主要是采用多相流VOF方法对自由液面进行追踪处理,并使用Tecplot和Origin后处理软件对计算结果进行分析研究。另外,本文利用Fluent动网格技术,通过UDF编写实现了冰塞的浮动。结果表明：进口流速与冰塞厚度对桥墩壅水的影响都很显著。冰塞厚度相同时,壅水高度随进口流速的增加而增大；进口流速相同时,壅水高度随冰塞厚度的增加而增大；模型计算值较规范公式（或经验公式）的计算值偏小,保持冰塞厚度不变,在进口流速较小时,模型计算值与规范公式计算值较为接近,随着进口流速的增大,两者之间的偏差也逐渐增大,但总体呈现的变化规律是一致的。同样,保持进口流速相同...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
致谢
目录
插图请单
表格清单
第一章 绪论
1.1 冰塞作用下桥墩壅水性能的研究背景及意义
1.1.1 桥墩壅水的研究背景及意义
1.1.2 冰塞作用下桥墩壅水的研究背景及意义
1.2 冰塞作用下桥墩壅水性能的国内外研究现状
1.2.1 原型观测
1.2.2 试验研究
1.2.3 数值模拟
1.3 课题的来源、目的、主要内容及拟解决的问题
1.4 本文的主要工作和创新点
第二章 冰塞与桥墩壅水的计算方法选择
2.1 桥墩壅水的研究方法
2.1.1 经验公式法
2.1.2 水工模型试验
2.1.3 理论分析与数值计算
2.2 冰塞壅水的计算方法
2.2.1 水力学计算法
2.2.2 经验关系法
2.2.3 原型观测和试验方法
2.2.4 理论分析与数值模拟方法
2.3 冰塞与桥墩壅水计算方法的比较
2.4 冰塞与桥墩壅水计算方法的选择
第三章 三维水流数值模拟基础及FLUENT基本理论
3.1 流体的控制方程和数值解法
3.1.1 三维流体的流动方程
3.1.2 流体的控制方程
3.2 湍流模型
3.3 多相流的研究和处理方法
3.3.1 扩散模型法
3.3.2 有限体积法
3.3.3 平均法
3.4 多相流的理论模型
3.4.1 模型的控制方程
3.4.2 数值求解方法
3.4.3 多相流模型
3.5 FLUENT基本理论及应用介绍
3.5.1 边界条件
3.5.2 初始条件
3.5.3 UDF与边界条件
第四章 冰塞影响下桥墩壅水的三维数值模拟
4.1 模型概述
4.2 不同条件下沿程水面线的模拟结果分析
4.2.1 无冰塞作用时上游最大壅水高度的分析
4.2.2 冰塞作用下上游最大壅水高度的分析
4.3 不同条件下桥墩附近流场的分析
4.3.1 无冰塞条件下桥墩附近流场的分析
4.3.2 有冰塞与无冰塞条件下桥墩附近流场的对比分析
4.3.3 冰塞厚度一定时不同进口流速对桥墩附近流场的影响
4.4 各因素对上游壅水高度影响规律的拟合
4.5 冰塞动网格技术
4.5.1 流固耦合问题概述
4.5.2 冰塞UDF控制
4.5.3 冰塞表面力的计算
4.5.4 结构响应
4.5.5 网格更新
4.5.6 动网格计算结果
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 主要结论
5.2 展望
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]PROGRESS IN STUDIES ON ICE ACCUMULATION IN RIVER BENDS[J]. WANG Jun, CHEN Pang-pang School of Civil Engineering, Hefei University of Technology, Heifei 230029, China, SUI Jue-yi Environmental Engineering Program, University of Northern British Columbia Prince George, British Columbia, Canada, V2N 4V9. Journal of Hydrodynamics. 2011(06)
[2]稳封期天然河道冰塞堆积的数值模拟[J]. 王军,陈胖胖,隋觉义. 水利学报. 2011(09)
[3]三维贴体坐标变换在河冰数值模拟中的应用[J]. 王军,张潮,倪晋,郭力文,赵慧敏. 水力发电学报. 2008(03)
[4]基于适体坐标变换的二维河冰模型[J]. 茅泽育,许昕,王爱民,赵雪峰,肖汉. 水科学进展. 2008(02)
[5]弯槽段冰塞形成及其厚度分布的试验研究[J]. 王军,高月霞,尹运基,郭力文,赵慧敏. 冰川冻土. 2007(05)
[6]冰塞水位分析[J]. 王军,付辉,伊明昆,尹运基,高月霞. 水科学进展. 2007(01)
[7]二维贴体网格生成方法[J]. 王军,张潮,倪晋. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2006(12)
[8]河流冰塞的形成与壅水计算[J]. 马喜祥,熊运阜,赵振华,汪冬梅. 海河水利. 2006(05)
[9]河道中水内冰演变的数值计算[J]. 吴剑疆,茅泽育,王爱民,张磊. 清华大学学报(自然科学版). 2003(05)
[10]河道冰塞的模拟[J]. 杨开林,刘之平,李桂芬,陈储军,刘翠杰,胡宏达. 水利水电技术. 2002(10)
本文编号：3684451
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第一章 绪论
1.1 冰塞作用下桥墩壅水性能的研究背景及意义
1.1.1 桥墩壅水的研究背景及意义
1.1.2 冰塞作用下桥墩壅水的研究背景及意义
1.2 冰塞作用下桥墩壅水性能的国内外研究现状
1.2.1 原型观测
1.2.2 试验研究
1.2.3 数值模拟
1.3 课题的来源、目的、主要内容及拟解决的问题
1.4 本文的主要工作和创新点
第二章 冰塞与桥墩壅水的计算方法选择
2.1 桥墩壅水的研究方法
2.1.1 经验公式法
2.1.2 水工模型试验
2.1.3 理论分析与数值计算
2.2 冰塞壅水的计算方法
2.2.1 水力学计算法
2.2.2 经验关系法
2.2.3 原型观测和试验方法
2.2.4 理论分析与数值模拟方法
2.3 冰塞与桥墩壅水计算方法的比较
2.4 冰塞与桥墩壅水计算方法的选择
第三章 三维水流数值模拟基础及FLUENT基本理论
3.1 流体的控制方程和数值解法
3.1.1 三维流体的流动方程
3.1.2 流体的控制方程
3.2 湍流模型
3.3 多相流的研究和处理方法
3.3.1 扩散模型法
3.3.2 有限体积法
3.3.3 平均法
3.4 多相流的理论模型
3.4.1 模型的控制方程
3.4.2 数值求解方法
3.4.3 多相流模型
3.5 FLUENT基本理论及应用介绍
3.5.1 边界条件
3.5.2 初始条件
3.5.3 UDF与边界条件
第四章 冰塞影响下桥墩壅水的三维数值模拟
4.1 模型概述
4.2 不同条件下沿程水面线的模拟结果分析
4.2.1 无冰塞作用时上游最大壅水高度的分析
4.2.2 冰塞作用下上游最大壅水高度的分析
4.3 不同条件下桥墩附近流场的分析
4.3.1 无冰塞条件下桥墩附近流场的分析
4.3.2 有冰塞与无冰塞条件下桥墩附近流场的对比分析
4.3.3 冰塞厚度一定时不同进口流速对桥墩附近流场的影响
4.4 各因素对上游壅水高度影响规律的拟合
4.5 冰塞动网格技术
4.5.1 流固耦合问题概述
4.5.2 冰塞UDF控制
4.5.3 冰塞表面力的计算
4.5.4 结构响应
4.5.5 网格更新
4.5.6 动网格计算结果
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 主要结论
5.2 展望
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]PROGRESS IN STUDIES ON ICE ACCUMULATION IN RIVER BENDS[J]. WANG Jun, CHEN Pang-pang School of Civil Engineering, Hefei University of Technology, Heifei 230029, China, SUI Jue-yi Environmental Engineering Program, University of Northern British Columbia Prince George, British Columbia, Canada, V2N 4V9. Journal of Hydrodynamics. 2011(06)
[2]稳封期天然河道冰塞堆积的数值模拟[J]. 王军,陈胖胖,隋觉义. 水利学报. 2011(09)
[3]三维贴体坐标变换在河冰数值模拟中的应用[J]. 王军,张潮,倪晋,郭力文,赵慧敏. 水力发电学报. 2008(03)
[4]基于适体坐标变换的二维河冰模型[J]. 茅泽育,许昕,王爱民,赵雪峰,肖汉. 水科学进展. 2008(02)
[5]弯槽段冰塞形成及其厚度分布的试验研究[J]. 王军,高月霞,尹运基,郭力文,赵慧敏. 冰川冻土. 2007(05)
[6]冰塞水位分析[J]. 王军,付辉,伊明昆,尹运基,高月霞. 水科学进展. 2007(01)
[7]二维贴体网格生成方法[J]. 王军,张潮,倪晋. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2006(12)
[8]河流冰塞的形成与壅水计算[J]. 马喜祥,熊运阜,赵振华,汪冬梅. 海河水利. 2006(05)
[9]河道中水内冰演变的数值计算[J]. 吴剑疆,茅泽育,王爱民,张磊. 清华大学学报(自然科学版). 2003(05)
[10]河道冰塞的模拟[J]. 杨开林,刘之平,李桂芬,陈储军,刘翠杰,胡宏达. 水利水电技术. 2002(10)
本文编号：3684451
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