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壁面湍流数值模拟的LES方法及其在桥梁绕流中的应用
| 论文题名： | 壁面湍流数值模拟的LES方法及其在桥梁绕流中的应用 |
| 关键词： | 壁面湍流;湍流数值模拟;方法及;桥梁风工程;绕流;模拟方法;大涡模拟;处理方法;断面;雷诺数;主梁;整体箱梁;湍流模拟;资源消耗;应用效果;稳态特征;试验结果;实际应用;模拟结果;理论分析 |
| 摘要： | 大涡模拟方法(LES)在许多钝体绕流的湍流模拟中常常能够提供比雷诺平均(RANS)等其它数值模拟方法更优良的结果，但这却是以更高的计算资源消耗为代价的。在桥梁风工程的应用中，即便是不加任何附属措施的裸箱二维主梁断面，当雷诺数在105左右的时候，采用完全的壁面求解的大涡模拟方法模拟所要花费的CPU时间，仍然是现今实际应用所无法接受的，这其中最大的困难在于壁面湍流的有效模拟。 本文尝试使用带有壁面处理的大涡模拟方法，着重针对桥梁风工程研究中的壁面湍流模拟问题。首先对现有大涡模拟方法的壁面处理方法进行分析，然后通过对壁面处理方法的优化，探讨其在桥梁风工程主梁断面绕流模拟中的应用效果，并且针对相对较高的雷诺数条件和典型的整体箱梁和分离双箱桥梁主梁断面。 本文在理论分析和数值模拟的结果比较中，发现非区域化、软交界性质的混合RANS/LES方法是目前大涡模拟近壁处理方法中最经济有效，也是最灵活的一种方法，其中尤以IDDES方法(改进的延迟分离涡模拟方法)为典型代表。同时，本文也分析了类似方法在桥梁绕流应用中所存在的不足之处。除此之外，本文还采用混合RANS/LES方法模拟了整体箱梁和分离双箱桥梁主梁断面绕流，模拟的雷诺数大小为该断面在物理风洞试验中涡振发生时的数值，模拟结果及其与试验结果的比较不但显示出混合RANS/LES方法能够解释涡振发生的外因、导流板抑振的机理和壁面湍流的非稳态特征，更显示出大涡模拟结合适当的壁面处理方法在桥梁风工程应用中的巨大潜力。 |
| 作者： | 魏志刚 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 葛耀君 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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