外文翻譯--橋墩周圍的紊流和沖刷比尺效應(yīng)的cfd建模研究（譯文）

1、 橋墩周圍的紊流和沖刷比尺效應(yīng)的 CFD 建模研究第 1 頁 共 17 頁中文 7200 字出處：Huang W, Yang Q, Xiao H. CFD modeling of scale effects on turbulence flow and scour around bridge piers[J]. Computers & Fluids

2、, 2009, 38(5):1050-1058.橋墩周圍的紊流和沖刷比尺效應(yīng)的 CFD 建模研究黃文銳 a，楊齊平 b，肖鴻 ba 美國 佛羅里達州 32310 塔拉哈西市 Pottsdamer 街 2525 號 A129 室 佛羅里達農(nóng)工大學佛羅里達州立大學工程學院 土木與環(huán)境工程系b 美國 佛羅里達州 塔拉哈西市 佛羅里達州立大學 FAMU-FSU 工程學院 土木工程系論文信息論文歷史：2007 年 8 月 2

3、0 日收稿2007 年 12 月 8 日修回2008 年 1 月 18 日接受2008 年 4 月 15 日在線刊登摘要橋墩周圍的泥沙沖刷是一個全國關(guān)注的問題，因為近年來它導致的橋梁破壞超過其它所有原因?，F(xiàn)有的橋梁沖刷方程出自 HEC-18，它是由規(guī)模相對較小的實驗室研究推導得來的。Mueller 的實地研究（Mueller D, Wagner Chad R.橋墩沖刷預測和實時實地測量分析。第一國際會議 ICSF-1 期刊基礎(chǔ)沖刷，德州

4、工農(nóng)大學學院站，德克薩斯州，美國；2002）表明很難從大型橋墩獲得的現(xiàn)場數(shù)據(jù)驗證沖刷方程。在這項研究中，數(shù)值模擬計算用 3DCFD 模型進行檢驗紊流和泥沙沖刷的比尺效應(yīng)。對于大尺寸模型而言，物理模型試驗和邊界速度來自于小尺寸模型，這些小尺寸模型是以弗勞德相似準則為基礎(chǔ)的。水流和泥沙沖刷的結(jié)果是由以下兩種同的方法得來的： (a) 廣泛應(yīng)用于物理建模的弗勞德相似準則； (b) 原尺寸的 3DCFD 建模。在物理建模中，忽略了雷諾數(shù)的影響

5、，而 CFD 模型卻不同與此，它采用二階紊流模型計算紊流速度和泥沙沖刷。紊流和泥沙沖刷的比尺效應(yīng)是通過將來自于原尺寸數(shù)值模擬的結(jié)果和來自于弗勞德相似準則研究方法的結(jié)果進行比較來研究的。 愛思唯爾有限公司 2008 年版，公司保留所有解釋權(quán)。橋墩周圍的紊流和沖刷比尺效應(yīng)的 CFD 建模研究第 3 頁 共 17 頁發(fā)展過程。Ribberink 等[14]進行了在一個大型振動的水槽中流速和含沙量隨時間變化的測量。最近，幾個二相水流建模技術(shù)已

6、經(jīng)開發(fā)出來了。Richardson 等[15]模擬橋墩周圍有沖刷洞和無沖刷洞的水流結(jié)構(gòu)。將模擬結(jié)果與試驗結(jié)果經(jīng)行對比，他們發(fā)現(xiàn)三維水動力模型能更好的模擬橋墩周圍復雜的水流流態(tài)。Wang 等[21] 使用 CCHE3D 模擬橋墩周圍沖刷洞的變化發(fā)展，還檢測了包括不同流態(tài)對泥沙輸移的影響。Chang 等[4]使用大渦數(shù)值模擬(LES)模型來解決橋墩周圍的定床和無沖刷條件的流體方程。Tseng 等[20]用 LES 進行了方形和圓形橋墩的數(shù)值

7、模擬。他們發(fā)現(xiàn)向下流是在橋墩前面形成的，并影響了馬蹄形漩渦的形成。他們也把紊流結(jié)構(gòu)、升力系數(shù)和阻力系數(shù)與模型試驗結(jié)果進行了比較，取得較好的擬合。以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的沖刷預測方法和沖刷方程并不能總是為現(xiàn)場條件提供合理的結(jié)果[11]。雖然弗勞德相似準則在表面重力水流扮演重要的角色，但是對于橋墩周圍的水流而言，紊流影響不能忽略不計。在這項研究中，數(shù)值模擬是用來研究橋墩附近的紊流和泥沙沖刷的比尺效應(yīng)。FLUENT 軟件是用來預測圓柱墩周圍的三維流

8、態(tài)。用FLUENT 軟件制作出來的紊流和泥沙模型很好的驗證了小型橋墩周圍沖刷的試驗數(shù)據(jù)。對于大比例尺模型而言，物理模型和邊界速度是從以弗勞德相似定律為基礎(chǔ)的小比例尺模型中建立起來的。CFD 模型與物理模型不同，物理建模忽略了紊流雷諾數(shù)的影響，而 CFD 模型采用二階紊流模型來計算紊流速度和泥沙沖刷。紊流和泥沙沖刷的比尺效應(yīng)是通過將原尺寸數(shù)值模擬模型中得到的不同結(jié)果與弗勞德的相似性準則中得到的結(jié)果進行比較來研究的。2 流體動力學方程中的動

9、力相似以相似理論為基礎(chǔ)的物理建模已經(jīng)廣泛應(yīng)用于研究橋墩周圍的紊流和泥沙沖刷。在 FHWA（美國聯(lián)邦公路局）編訂的 HEC-18 手冊[6]中，泥沙沖刷方程是從以弗勞德相似準則為基礎(chǔ)的小規(guī)模實驗室試驗中得來的，由于同時滿足弗勞德相似準則和雷諾相似準則比較困難，所以在這些試驗中忽略了雷諾數(shù)和紊流的影響。盡管通常情況下弗勞德相似準則在表面重力水流中扮演著重要的角色，對于橋墩周圍的水流而言，紊流的影響也并不是可以忽略不計的。在這項研究中，數(shù)值模