桥墩非定常绕流研究

发布时间：2017-08-23 03:16

  本文关键词：桥墩非定常绕流研究

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【摘要】：为了探究桥墩局部冲刷产生的机理,研究不同水文条件下桥墩周围绕流流场的涡系结构、非定常特性及自由液面对流场结构的影响,本文以单圆柱形桥墩为研究模型,利用计算流体力学商业软件Fluent对过临界区雷诺数Re=8.0×106下不同水位的三维桥墩绕流进行了数值模拟计算。先取5m水位的工况进行雷诺平均(RANS)单相流计算作网格无关性测试,分别做了834万、1175万、1628万三套测试网格,经过计算分析并考虑现有的计算资源,最终确定网格数为1175万的节点分布作为本文其他工况计算网格的节点分布。再对lm、2.5m、5m三种不同水深的桥墩进行分离涡(DES)单相流计算,即不考虑自由液面对流场的影响；通过分析比较得出三种不同的水深在不考虑自由液面对流场影响情况下的墩前马蹄涡系的相对位置大致相同,不随水深的变化而变化,墩后尾迹涡系同墩前马蹄涡系不存在明显的耦合关系。此外,通过取5m工况单相流RANS计算结果的一个“拟周期”内的三个时间点分析后,较为详细地描述了桥墩周围涡系结构的生成机理及其形态。最后取2.5m水位工况考虑并用VOF技术捕捉自由液面,得出了两相流计算的墩前马蹄涡系与单相流计算的基本相同,即2.5m水位工况的自由液面对墩前马蹄涡系没有很大影响；且墩后尾迹涡系同墩前马蹄涡系也不存在明显的耦合关系。
【关键词】：桥墩绕流 非定常特性 分离涡 自由液面 两相流 马蹄涡
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外的研究现状及进展11-20
• 1.2.1 维圆柱绕流国内外研究现状12-15
• 1.2.2 三维圆柱绕流国内外研究现状15-20
• 1.3 本文的研究思路和内容20-22
• 2 数值计算理论方法及实验数值验证22-42
• 2.1 流动基本控制方程22-23
• 2.1.1 连续性方程22
• 2.1.2 动量方程22-23
• 2.2 湍流模型23-26
• 2.2.1 SST k-ω湍流模型24-26
• 2.2.2 SST-DES湍流模型26
• 2.3 VOF自由液面捕捉法26-28
• 2.4 方程组的求解28-33
• 2.4.1 方程离散化29-30
• 2.4.2 求解方法30-33
• 2.5 边界条件及初始化33-34
• 2.6 本文主要参数的定义34-35
• 2.7 实验模型数值计算验证35-41
• 2.7.1 实验模型35
• 2.7.2 数值计算模型35-41
• 2.8 本章小结41-42
• 3 不考虑自由液面的桥墩不同水位单相流计算42-88
• 3.1 网格无关性测试分析42-50
• 3.1.1 计算模型及网格划分42-45
• 3.1.2 边界条件及初始化45
• 3.1.3 控制方程组求解方法、离散格式及计算步骤45-46
• 3.1.4 计算结果分析46-50
• 3.2 不考虑自由液面的桥墩不同水位单相流计算50-86
• 3.2.1 计算模型及网格划分50-52
• 3.2.2 边界条件及初始化52
• 3.2.3 控制方程组求解方法、离散格式及计算步骤52-53
• 3.2.4 计算结果分析53-86
• 3.3 本章小结86-88
• 4 考虑自由液面的桥墩两相流计算88-96
• 4.1 计算模型及网格划分88-89
• 4.2 边界条件及初始化89
• 4.3 控制方程组求解方法、离散格式及计算步骤89
• 4.4 计算结果分析89-94
• 4.4.1 桥墩壁面及底面y~+值89-90
• 4.4.2 2.5m水位工况SST-DES两相流非定常计算结果分析90-93
• 4.4.3 2.5m水位工况单相与两相SST-DES非定常计算结果比较93-94
• 4.4.4 墩周底面剪切应力比较94
• 4.5 本章小结94-96
• 5 结论及展望96-98
• 5.1 结论96
• 5.2 展望96-98
• 参考文献98-101
• 作者简历101-103
• 学位论文数据集103

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本文编号：722663