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三峡库区弯曲河段桥墩流场模拟研究
| 论文题名： | 三峡库区弯曲河段桥墩流场模拟研究 |
| 关键词： | 桥墩;弯曲航道;紊流宽度;通航净宽;数值模拟 |
| 摘要： | 跨江桥梁防船撞研究是一个行业热点问题，船舶航行过桥系统是交通工程学科中的一个复杂系统，受到船舶状况、航道条件、气象水文、通航管理和人为因素等综合影响。从通航尺度的角度来讲，桥梁通航净宽是一个重要的参数。《长江干线通航标准》（JTS180-4-2020）进一步规范了桥梁通航净宽的计算方法，其中紊流宽度的计算方法适用于顺直河段，对于弯曲河段尚待细化研究。桥墩布设在弯曲河段的江中，会产生明显的阻水作用，同时桥墩紊流对船舶航行过桥操纵也会有较大影响。三峡库区河段作为长江干线重点河段具有弯曲河段多、水位常年变动明显的特点，本研究以三峡库区的弯曲河段为代表河段，分析了弯曲河段凸凹岸侧紊流特征，从而得到紊流宽度的定量确定方法。该研究是流体力学的一个基础问题，同时也对桥梁通航净宽的确定具有工程指导意义。论文主要研究工作如下： 首先，阐述了运用CFD数值模拟进行二维仿真的一般方法。通过Gambit软件对仿真桥梁所处河段区域进行一定精度的网格划分；采用DES中的SSTk-ω模型，利用Fluent软件对划分精度进行无关性检验。 其次，运用文献查阅和实地调研等方法，对三峡库区的限制性桥梁通航尺度特征进行了提取；并结合实际船桥碰撞事故，阐述了弯曲河段桥梁水流及桥墩紊流对船舶自主航行过桥的影响。基于水位变动，提取了典型桥区水域的河段计算域尺度、水流条件、弯曲半径和桥墩墩型等工况参数。 进而，从航道弯曲半径、桥墩直径和航道来流流速等3个主要参数指标，对三峡库区弯曲航道单墩情况下桥区航道的水流特性开展模拟仿真和计算分析。在单墩流场数值模拟分析的基础上，进一步开展串列双墩（沿着航道流速的方向布置）的流场数值分析，主要结论是：（1）弯曲航道凸岸侧桥墩流场混乱程度明显大于凹岸侧，凸岸侧紊流宽度大于凹岸侧紊流宽度，桥墩紊流宽度随着弯曲半径的增大而减小，随着桥墩直径、流速的增大而增大；（2）串列双墩紊流宽度大于单墩紊流宽度，但向下游方向延伸距离小于单墩。 最后，对不同工况下的紊流宽度进行数据拟合，得到弯曲河段改进的桥墩紊流宽度的计算公式，并结合工程实例进行运用。 |
| 作者： | 陈彬 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 谭志荣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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