橋墩局部沖刷坑發(fā)展中的三維紊流場研究.pdf

1、橋梁墩臺局部沖刷是導(dǎo)致跨江橋梁破壞的主要原因之一，局部沖刷深度與沖刷坑形態(tài)的正確預(yù)測，是橋梁合理設(shè)計與安全運(yùn)營的重要保障。由于墩周局部沖刷坑內(nèi)水流結(jié)構(gòu)復(fù)雜，泥沙輸運(yùn)理論不完善以及坑內(nèi)泥沙隨機(jī)崩塌等問題，現(xiàn)有水沙耦合計算模型不能準(zhǔn)確地模擬出局部沖刷坑的演變過程，故本文通過實(shí)驗室試驗和數(shù)值計算研究了圓柱型橋墩周圍局部沖刷過程中墩周水流的變化，主要工作如下:
　　(1)介紹了國內(nèi)外因橋墩臺局部沖刷而發(fā)生的橋梁水毀事件，結(jié)合局部沖刷的研究

2、現(xiàn)狀，論述了局部沖刷發(fā)展過程中墩周流場變化對局部沖刷機(jī)理研究的重要性。
　　(2)基于計算流體力學(xué)原理，應(yīng)用Fluent中的RNGk-ε湍流模型，經(jīng)適當(dāng)?shù)谋诿嫣幚?，對圓柱型橋墩局部沖刷發(fā)展過程中復(fù)雜的三維流場進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　(3)通過平床條件下試驗測量得到的墩周流速對數(shù)值模型結(jié)果準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證，兩者結(jié)果的一致性證明了本文方法的有效性。同時，本文對平床條件下墩周復(fù)雜的水流進(jìn)行了分析，其中數(shù)值模擬能很好地模擬出墩周的水流

3、結(jié)構(gòu)。
　　(4)以實(shí)測圓柱型橋墩沖刷過程中不同時刻下的沖刷坑形態(tài)為邊界條件建立相應(yīng)數(shù)值模型，其模擬結(jié)果揭示了墩周水流流速、床面切應(yīng)力、渦量和紊動能隨沖刷過程的變化規(guī)律。
　　(5)根據(jù)局部沖刷試驗與不同時刻下墩周水流紊流場的分布情況，分析結(jié)果表明了墩周馬蹄渦系，加速水流及尾渦是引起局部沖刷的主要動力因素。在沖刷初期，墩側(cè)加速水流對橋墩局部沖刷起主導(dǎo)作用;隨著沖刷的發(fā)展，馬蹄渦系對沖刷的影響作用增大，與墩側(cè)加速水流作用相當(dāng);