非恒定流条件下高桩码头桩柱绕流数值模拟研究

发布时间：2020-07-07 08:15

【摘要】：高桩直立式码头以前多用于水位变化不大的海岸港和河口港,由于直立式码头装卸效率高、其应用范围正在逐步扩大,在水位差大且洪水期不长的内河库区也采用了高桩直立式码头。桩柱的存在改变了水流结构,当流体绕圆柱流动时,柱体两侧的流速明显增大,柱体两侧会产生两列交替脱落的漩涡。当流量变化的时候,圆形桩柱绕流情况变得复杂,柱体周围湍流强度增大,压力脉动和升阻力系数脉动增强,这些脉动导致柱体振动和材料疲劳,对柱体伤害增大,因此对于非恒定流条件下圆柱绕流数值模拟不仅具有重要的学术意义,而对高桩码头的工程参数确定、结构优化和造价等方面也具有实际运用价值。本文研究成果如下:(1)单圆柱绕流,来流速度的脉动强度对柱体阻力系数有一定的影响,阻力系数的波动范围随着脉动强度的增大而增大。待流场稳定之后,柱体上下两侧交替脱涡,形成一列排列整齐的涡街。非恒定流条件下柱体所受阻力变化范围比恒定流条件下范围大。(2)并列双圆柱和三圆柱绕流,在恒定流和非恒流条件下对应工况柱体所受的升阻力系数均值大致相等,但是非恒流条件下阻力系数振动幅度大,变化范围广。在间距较小时,并列双圆柱和三圆柱的升阻力系数均比单圆柱大,随着间距比的增大,并列双圆柱和三圆柱的升阻力系数逐渐减小,并趋近于单圆柱,因此实际工程中并列双圆柱和三圆柱间距比宜大于4。(3)串列双圆柱和三圆柱绕流,在间距比为2时,恒定流条件下串列双圆柱和三圆柱绕流的升力系数为0,柱体尾流区无旋涡脱落,非恒定流条件下涡脱落现象较明显。随后串列双圆柱的阻力系数随着间距的增加而增大,升力系数随着间距的增加而减小。串列三圆柱绕流情况较双圆柱复杂,升阻力系数无特定规律。在间距比小于2和大于4时,串列双圆柱和三圆柱受力较小,实际工程可参考此间距比设置。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U656.113;U652.3
【图文】：

诺数大于 300 以后，涡街逐渐失去规则性，流体分离点前圆柱壁面为层，分离点后为层流尾流。当雷诺数的范围在 200000~400000 时，柱体所数约为 0.2，层流边界层转为湍流，绕流尾迹宽度减小。1 国外研究现状及发展状态圆柱绕流分离流动问题广泛存在于工业工程中，对于绕流问题的研究已年的历史。19 世纪科学家们对理想流体的欧拉方程的研究已趋于完善，力学在早期较成功地解决了与粘性关系不大的一系列流动问题，诸如绕升力、波动等问题，但对绕流物体阻力、涡的扩散等问题，理想流体力实际相差甚远。1904 年普朗特[12]提出边界层理论。研究发现：流体的薄层流体与表面流大差异，虽然整体流动的雷诺数很大，但是薄层内存在明显的粘性力，存在很大的速度梯度。普朗特把这一物面近区粘性力起重要作用的薄层层，如图 1.1 所示。

边界层分离Figure1.2Boundarylayerseparation

圆柱绕流漩涡脱落形式

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本文编号：2744881