當(dāng)孤立式墩柱置于水流中時,水流的流場型態(tài)將會由于墩柱的阻礙作用而發(fā)生顯著變化。在墩柱周圍,水流的紊動將變得劇烈,大量渦旋系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生。伴隨著墩柱前側(cè)的馬蹄形渦以及后側(cè)尾渦的產(chǎn)生,墩柱周圍床面處的泥沙將會被水流挾帶至下游,從而導(dǎo)致墩柱周圍出現(xiàn)局部沖刷。墩柱周圍的局部沖刷一直是導(dǎo)致墩柱失穩(wěn)的重要因素,也長期是研究泥沙沖刷的一個重要課題。國內(nèi)外針對圓形墩柱周圍的水流繞流型態(tài)及局部沖刷情況做了許多研究,但對大尺度墩柱的研究,尤其是對大尺度墩柱周圍的局部沖刷的研究仍不完善。本文運(yùn)用了FLOW-3D三維模擬軟件中的紊流模型模塊以及泥沙沖刷模塊,基于大渦模擬方法先對不同尺度圓形墩柱周圍的流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和分析,隨后再相應(yīng)地對各組圓柱周邊的局部沖刷進(jìn)行了較長時間的模擬。通過和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比,表明FLOW-3D能夠較好地模擬出圓形墩柱周邊的流場分布及局部沖刷情況。本次數(shù)值模擬很好地模擬出了柱前馬蹄形渦的產(chǎn)生以及尾渦的脫落現(xiàn)象,根據(jù)模擬數(shù)據(jù)顯示,隨著圓柱直徑的增大,圓柱周圍的流場紊動顯著加劇,相應(yīng)的,圓柱周圍的局部沖刷深度也隨之變大。根據(jù)本次數(shù)值模擬的研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)圓柱迎水側(cè)、背水側(cè)以及邊側(cè)的沖刷深度隨...

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1圓柱周圍的水流結(jié)構(gòu)

目前，國內(nèi)外的學(xué)者們對于模擬這種水沙相互作用過程的研究還存在著一定的局限性，特別是在精度方面還有待進(jìn)一步的研究。1.2國內(nèi)外研究進(jìn)展1.2.1圓柱繞流流場研究進(jìn)展當(dāng)一個直立式圓柱放置于恒定流場中時，水流的流場結(jié)構(gòu)會因圓柱的阻礙作用而發(fā)生如圖1-1所示的變化：（1）在圓柱的....

圖2-1有限差分法示意圖

F函數(shù)是一個關(guān)于時間和空1()()([yxFFAuFAvFAtVxy到各個單元格對應(yīng)的F值。但是沿著自由表面是一個階梯形函數(shù)會在F值的間斷處產(chǎn)生數(shù)值振蕩原本的定義。因此，F(xiàn)LOW-3D對自由表面進(jìn)行重構(gòu)。出的....

圖2-1Hirt&Nichols界面重構(gòu)技術(shù)

型結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對來驗(yàn)證模型的可行性。在三維圓柱繞流模型中，將對圓柱周圍流場的x方向流速，z方向流速以及柱前的壓力分布進(jìn)行對比驗(yàn)證；三維圓柱沖刷模型則會將圓柱迎水側(cè)、背水側(cè)的沖刷深度，以及縱剖面上的沖刷坑形態(tài)作為驗(yàn)證重點(diǎn)。3.1計算域確定以及網(wǎng)格劃分在建立模型之前，....

圖3-1Y-Z平面上的網(wǎng)格劃分

圖3-2X-Y平面上的網(wǎng)格劃分由于FLOW-3D中沒有提供充分發(fā)展紊流的入流邊界條件，故在進(jìn)行圓柱繞流或沖刷模型計算前，首先應(yīng)獲取充分發(fā)展的紊流流速分布[45]。在模型計算前，首先建立一段寬度及深度與模型相一致的40m長的無圓柱空水槽模型，經(jīng)過一段時間的空水槽模型模....

本文編號：3902548