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圆柱形桥墩周围绕流及冲刷的数值模拟
| 论文题名： | 圆柱形桥墩周围绕流及冲刷的数值模拟 |
| 关键词： | 圆柱形桥墩;冲刷深度;柱体绕流;数值模拟;特征参数 |
| 摘要： | 槽墩或桥墩是水利及交通工程中跨河建筑物主要的支撑结构，当水流流经跨河建筑物时，墩体的存在将极大的改变其附近的水流结构，一方面流动会对墩体施加复杂的载荷，另一方面还会引起墩体周围的局部冲刷，无论对于建筑物还是墩体的安全与稳定均构成巨大的威胁，因此对其绕流问题的研究具有重要的理论意义及工程使用价值。 (1)由于雷诺数的不同，流体绕圆柱体时的流动会呈现各种不同的流动状态。本文分别采用层流及大涡模拟(LES)方法，对处于不同流区的四种典型流态进行了二维数值模拟，得到包括卡门涡街在内的各类流谱及相应的流速、压力分布等情况，并且计算了柱体的升力系数、阻力系数、斯特劳哈尔数等特征参数，与实验结果符合良好，表明大涡模拟可以很好的模拟复杂的绕流流场。 (2)对亚临界和超临界区域中两种典型雷诺数下的三维绕流流场进行的大涡模拟研究，得到了流速场、压力分布、涡量变化、分离特性、底面切应力等情况，且计算得到了升力系数、阻力系数、斯特劳哈尔数以及稳态压力系数的变化。绕流均形成准周期性涡脱落及尾流结构，随着涡旋结构的摆动及传播，在柱后尾流区形成负压区，床底切应力在柱体两侧最大，而柱后尾流区很小，表明墩体附近河床变形在墩体两侧以冲刷为主导，而墩后变形以负压吸卷为主导。 (3)应用多相流基本模型中的Mixture模型对河床铺沙状况下的柱体绕流的河床变形问题进行了研究。模型中考虑了相间拖曳力、重力和泥沙颗粒之间的碰撞作用，得到河床局部冲淤形态，求出了最大冲刷深度，模拟结果与实验结果对比分析，符合良好。 |
| 作者： | 王英 |
| 专业： | 水力学及河流动力学 |
| 导师： | 陈刚;李国栋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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