单一贴壁四面体框架绕流场三维数值模拟 Three dimensional numerical simulation of external flow field round tetrahedron frame with a single attached wall.pdfVIP

第2l卷第2期 水科学进展 V01．21．No．2 INWATERSCIENCE Mar．．2010 2010年3月 ADVANCES 单-0ldi壁四面体框架绕流场三维数值模拟 高 柱1，殷 杰2，唐洪武3，郭红民1 (1．三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002；2．上海勘测设计研究院，上海200434； 3．河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098) 摘要：四面体透水框架群作为一种新型的防冲促淤措施已经在各种河流工程中得到推广应用，由于其特殊的几何形 状，仅依靠常见的量测手段确定其绕流场结构存在较大困难，使得对该类方法防护机理的理解受到限制。在CFD 通用程序Fluent平台上建立三维水动力数值模型。对单一贴壁四面体透水框架的清水流场进行模拟，并与超声测速 仪(ADV)实测结果进行对比验证。研究表明该数值模型有效地补充了三维复杂流场的物理实验结果，有助于理解 四面体框架的防护机理。改变水力参数，计算得到阻力系数c。相对于雷诺数尺e的变化曲线，当Re105时，单 一贴壁四面体框架的阻力系数C。为一常数值，大小为1．557。 关键词：四面体框架；绕流场；数值模拟；阻力；冲刷防护 文献标志码：A 文章编号：1001--679l(2010)02-0161-06 中图分类号：TVl43．3；TV653．6 Frame 最近十几年，四面体透水框架群(Tetrahedron 岸工程中得到推广应用，与应用同时开展的相关研究工作也逐步从现场原型观测、工程经验总结、实验室试 验研究，向结合试验和数值分析的理论研究以及经济评价方向深入，如徐国宾和张耀哲等。1。。对四面体框架 在治河护岸工程中的应用问题做了讨论；房世龙和唐洪武等41对四面体框架在桥墩防护中的应用做了较系 统的试验和理论分析；徐锡荣和李若华等41则对四面体框架的阻力特性和流场结构做了较系统的试验研究 Frame-TF)绕流场的水流结构，与减速促淤有关的框架 和分析。其中涉及的问题，如四面体框架(Tetrahedron 群水流与泥沙相互作用的机理，在桥墩防护等河流工程中的应用，正逐步成为此类研究中的新热点。由于四 面体框架的特殊几何形状，仅依靠常见的流场量测手段确定其绕流场结构和阻力特性，存在较大困难，而数 值模拟技术是克服该困难的较理想方法。考虑到计算程序的通用性和可靠性，越来越多的水利工作者采用成 的数值计算模型，通过与物理试验结果的对比，验证了该数值计算结果。 1 数学模型的建立 Fluent中所求解的不可压缩流体的质量与动量守恒方程可以用笛卡儿张量形式表示。 丝：0 (1) 以i u一”pgf ∽， p百+p一瓦一菇+肛——+瓦卜P jp警+p一簧=一舞+肛!Oxi生Ox+矗(一P瓦)+pgf)2( 式中 “；、P、P、肛和g；分别为时均流速分量、压力、密度、液体动力粘度和i方向的重力加速度； 一pu’i“’，为雷诺应力张量，表征液流中紊动效应。 收稿日期：2009-03．16 l 1 基金项目：水文水资源与水利工程科学国家重点实验室开放研究基金；浙江省科技攻关计划重点科研项目 作者简介：高 柱(1978一)，男．湖北宜昌人，讲师，博士，主要从事水力学及河流动力学、环境水力学等方面研究。 E—mail：gaozhu．1