橋梁墩臺(tái)局部沖刷與CFD仿真研究.pdf

1、橋梁墩臺(tái)局部沖刷是導(dǎo)致橋梁破壞的重要因?yàn)橹?橋梁墩臺(tái)最大局部沖刷坑深度以及沖刷坑形態(tài)的正確預(yù)測(cè),是橋梁合理設(shè)計(jì)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(cè)和物理模型試驗(yàn)獲得了豐富的實(shí)測(cè)與試驗(yàn)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(yàn)公式。但是這些經(jīng)驗(yàn)公式的精度不高,由不同計(jì)算公式獲得的沖刷坑深度往往差別很大。
　　 本文嘗試基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)開展了橋梁墩臺(tái)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(tái)沖刷計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式,以實(shí)際工程為例對(duì)各經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)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(cè)方法很有必要。
　　 2)基于計(jì)算流體動(dòng)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(duì)橋梁墩臺(tái)周圍的復(fù)雜流場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬,獲得了橋梁墩臺(tái)周圍的流場(chǎng)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(jì)算河床高程的瞬時(shí)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(dòng)網(wǎng)格模塊。FLUENT作為沖刷模擬程序的一個(gè)子程序,在每個(gè)時(shí)間步下計(jì)算河床各個(gè)節(jié)點(diǎn)高程的變化。對(duì)Gambit網(wǎng)格劃分平臺(tái)作二次開發(fā),使其具備生成逐層網(wǎng)格的功能。編寫σ動(dòng)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(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)變化并更新計(jì)算域網(wǎng)格,σ動(dòng)網(wǎng)格模塊成功擬合了實(shí)時(shí)變化的河床,實(shí)現(xiàn)了局部沖刷的CFD模擬。