隨著各類水利工程的大量建設(shè),管線和樁柱等結(jié)構(gòu)物被布置于河流、海洋、湖泊等水體之中。當(dāng)結(jié)構(gòu)物附近由于流場的強烈變化而發(fā)生局部沖刷時,會對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成巨大影響,有危害結(jié)構(gòu)物安全的可能。而結(jié)構(gòu)物附近的流場具有明顯的三維湍流結(jié)構(gòu),其計算對數(shù)值方法有較高的要求。相對于其他方法,大渦數(shù)值模擬兼具可以準(zhǔn)確的模擬湍流結(jié)構(gòu)和節(jié)約計算資源的優(yōu)點。本文以大渦數(shù)值模擬為基礎(chǔ)建立了三維水流泥沙和床面變形數(shù)學(xué)模型,并對沙質(zhì)床面上管線局部沖刷和樁柱局部沖刷這兩個經(jīng)典局部沖刷問題進行了模擬,主要工作與成果如下:采用Smagrinsky亞格子湍流模型,以Exner床面方程為基礎(chǔ)建立床面變形模型,以浸入邊界法處理復(fù)雜邊界與動邊界問題,建立了只考慮推移質(zhì)輸沙的適用于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的三維水流泥沙數(shù)學(xué)模型。其中,在床面變形模型的滑坡模塊中,提出了新的處理泥沙滑坡的手段,使滑坡處理后的床面更加接近真實形態(tài)。為驗證模型的可信性,對波狀剛性床面剪切力進行了驗證,結(jié)果吻合良好。將模型應(yīng)用于雷諾數(shù)為2900的管線局部沖刷數(shù)值模擬,最大沖刷深度模擬結(jié)果與試驗結(jié)果相比較為合理。并確定了在三維水流泥沙數(shù)值模擬中MeyerPeter推移質(zhì)輸沙公... 

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究意義
    1.2 水動力學(xué)模型研究現(xiàn)狀
    1.3 泥沙數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀
        1.3.1 一維、二維泥沙數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀
        1.3.2 三維泥沙數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀
    1.4 局部沖刷數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
    1.5 本文研究思路及內(nèi)容
第2章 湍流大渦數(shù)值模擬方法和浸入邊界法
    2.1 湍流流場大渦數(shù)值模擬方法
        2.1.1 流體運動的控制方程
        2.1.2 壓力泊松方程及投影法
        2.1.3 亞格子模型及數(shù)值離散方法
        2.1.4 壁面模型
    2.2 浸入邊界法
        2.2.1 浸入邊界法的特點
        2.2.2 浸入邊界法的控制方程
        2.2.3 浸入邊界法的主要方法
        2.2.4 嵌入式浸入邊界法
    2.3 并行計算
第3章 泥沙運動和床面變形模型
    3.1 床面剪切力模型
        3.1.1 常用床面剪切力計算方法
        3.1.2 床面剪切力模型的數(shù)值實現(xiàn)
    3.2 推移質(zhì)輸沙模型
        3.2.1 常用推移質(zhì)輸沙方程
        3.2.2 床面坡度對輸沙率的影響
        3.2.3 推移質(zhì)輸沙模型的實現(xiàn)
    3.3 床面變形模型
        3.3.1 床面方程
        3.3.2 滑坡處理
    3.4 模型驗證
第4章 局部沖刷數(shù)值模擬
    4.1 管線局部沖刷數(shù)值模擬
        4.1.1 管線局部沖刷模型建立
        4.1.2 圓管繞流流場分析
        4.1.3 推移質(zhì)輸沙模型研究
        4.1.4 管線局部沖刷演變過程分析
        4.1.5 管線局部沖刷最大沖刷深度驗證
    4.2 樁柱局部沖刷數(shù)值模擬
        4.2.1 樁柱局部沖刷經(jīng)驗公式
        4.2.2 樁柱局部沖刷數(shù)學(xué)模型建立
        4.2.3 定床圓柱繞流流場模擬
        4.2.4 樁柱局部沖刷模擬結(jié)果與分析
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況說明
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]河口海岸三維水沙運動的間斷有限元模型研究[D]. 趙張益.天津大學(xué) 2014
[2]三維水沙運動及河床變形數(shù)學(xué)模型研究[D]. 胡德超.清華大學(xué) 2009
[3]浸沒邊界法的高效半隱式格式[D]. 史作強.清華大學(xué) 2008



本文編號：3687383