冲刷环境对桥墩冲刷空间形态影响的仿真分析.pdfVIP

第４８卷　 第３期 哈　 尔　 滨　 工　 业　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ４８ Ｎｏ３ 　 　 ２０ １６年３月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｍａｒ． ２０１６ 　 　 　 　 　 　 ｄｏｉ：１０．１１９１８／ ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７⁃６２３４．２０１６．０３．０１８ 冲刷环境对桥墩冲刷空间形态影响的仿真分析 １ １ ２ １ 熊　 文 ，姚　 浩 ，ＣＡＩ Ｃ． Ｓ． ，叶见曙 （１．东南大学 交通学院，２１００９６ 南京；２．路易斯安那州立大学 土木与环境工程系，７０８０３美国路易斯安那州 巴吞鲁日） 摘　 要：为研究环境对桥墩冲刷的影响，基于 － 湍流模型建立了桥墩冲刷及冲刷环境数值仿真模型． 对其三维仿真建模过 Ｋ ε 程中的４个关键问题分别进行深入研究并提出优选的解决方法，特别关注三维边界条件的动态更新以及计算收敛性的算法改 进．进而利用Ｂ．Ｗ．Ｍｅｌｖｉｌｌｅ经典实验对提出的桥墩冲刷精细化仿真方法从空间形态的角度进行多方面准确性验证． 最后基于 该精细化仿真方法，对ＣＦＤ 计算软件Ｆｌｕｅｎｔ 二次开发，进行精细化参数分析． 计算结果表明：桥墩尺寸与最大冲刷深度以及流 速与最大冲刷深度均存在近似线性关系，选择合适的桥墩形式、降低桥墩有效宽度、降低墩前水流流速以及选择合适的水流 深度均可明显降低桥墩冲刷深度． 不同冲刷环境参数取值对桥墩冲刷空间形态所产生的不同影响可以为桥墩主动抗冲刷设 计与选型提供合理的理论基础与依据． 关键词：桥墩冲刷；仿真建模；几何参数；流场形态参数；参数分析；抗冲刷设计 － － － 中图分类号：Ｕ４４２．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７ ６２３４（２０１６）０３ ０１０８ ０７ Ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ３Ｄ ｂｒｉｄｇｅ ｓｃｏｕｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｂｙ ｖａｒｉｏｕｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ １ １ ２ １ ＸＩＯＮＧ Ｗｅｎ ，ＹＡＯ Ｈａｏ ，ＣＡＩ Ｃ． Ｓ． ，ＹＥ Ｊｉａｎｓｈｕ （１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２１００９６ Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｏｕｉｓｉａｎａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，７０８０３ Ｂａｔｏｎ Ｒｏｕｇｅ，ＬＡ，ＵＳＡ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｂｒｉｄｇｅ ｓｃｏｕｒ ｆｒｏｍ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，ａＫ⁃εｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔｕｄｙ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｆｌｏｗ ｆｉｌｅｄ ａｎｄｌｏｃａｌ ｓｃｏｕｒ ａｒｏｕｎｄｂｒｉｄｇｅｐｉｅｒ． Ｆｏｕｒ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒ ａ ｆｉｎｅ ３Ｄ ｓｃｏｕｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ