橋梁墩臺局部沖刷與CFD仿真研究.pdf

1、橋梁墩臺局部沖刷是導(dǎo)致橋梁破壞的重要因為之一,橋梁墩臺最大局部沖刷坑深度以及沖刷坑形態(tài)的正確預(yù)測,是橋梁合理設(shè)計和安全運(yùn)營的重要保障。
　　 最近幾十年來,研究人員通過大量的原位觀測和物理模型試驗獲得了豐富的實測與試驗數(shù)據(jù),并以此為基礎(chǔ)總結(jié)了一些被廣泛使用的經(jīng)驗公式。但是這些經(jīng)驗公式的精度不高,由不同計算公式獲得的沖刷坑深度往往差別很大。
　　 本文嘗試基于計算流體動力學(xué)(CFD)開展了橋梁墩臺局部沖刷的研究,在廣泛閱讀

2、國內(nèi)外沖刷文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,開展了下述主要工作:
　　 1)介紹了國內(nèi)外橋梁墩臺沖刷計算的經(jīng)驗公式,以實際工程為例對各經(jīng)驗公式的計算結(jié)果作了較詳細(xì)的比較,表明不同公式得到的結(jié)果差別較大,研究新的沖刷預(yù)測方法很有必要。
　　 2)基于計算流體動力學(xué)原理,本文在FLUENT中使用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型,結(jié)合壁面函數(shù)法,對橋梁墩臺周圍的復(fù)雜流場進(jìn)行三維數(shù)值模擬,獲得了橋梁墩臺周圍的流場及河床的切應(yīng)力分布；編寫UDF程序根據(jù)推移質(zhì)輸沙模

3、型計算河床高程的瞬時變化,使用C++編寫沖刷模擬程序,沖刷模擬程序中包含F(xiàn)LUENT調(diào)用模塊以及運(yùn)動網(wǎng)格模塊。FLUENT作為沖刷模擬程序的一個子程序,在每個時間步下計算河床各個節(jié)點(diǎn)高程的變化。對Gambit網(wǎng)格劃分平臺作二次開發(fā),使其具備生成逐層網(wǎng)格的功能。編寫σ動網(wǎng)格模塊,使用此模塊根據(jù)河床高程的變化以及σ變化法則計算各個節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)變化并更新計算域網(wǎng)格,σ動網(wǎng)格模塊成功擬合了實時變化的河床,實現(xiàn)了局部沖刷的CFD模擬。