串列式圓柱形槽墩群附近流場(chǎng)的數(shù)值模擬與分析.pdf

1、渡槽是一種常見(jiàn)的輸水建筑物,槽墩的設(shè)置會(huì)引起其附近流場(chǎng)復(fù)雜化,槽墩周圍流場(chǎng)的變化、旋渦脫落及壓力分布對(duì)于研究槽墩所受荷載,槽墩的水毀機(jī)理以及河床沖刷具有重要的意義。目前,由于受到實(shí)驗(yàn)條件等限制,對(duì)于高雷諾數(shù)下串列式墩群繞流的實(shí)驗(yàn)研究還存在較大的困難,且采用數(shù)值模擬方法對(duì)此進(jìn)行的計(jì)算也很少見(jiàn)。本文針對(duì)具體工程中某渡槽槽墩體型,對(duì)串列式三墩繞流的流場(chǎng)進(jìn)行了分析研究。主要的研究?jī)?nèi)容和成果有：
　　(1)由于現(xiàn)有的圓柱繞流研究主要集中在單

2、柱及雙柱上,而對(duì)串列式圓柱群的繞流現(xiàn)象和機(jī)理分析的研究還相對(duì)較少,因此本文需尋求一種可以較好模擬出墩群繞流的方法。經(jīng)過(guò)閱讀大量文獻(xiàn),選擇采用大渦模擬的方法進(jìn)行計(jì)算。首先采用LES方法模擬計(jì)算了單柱繞流的例子,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果證明本文較為成功地實(shí)現(xiàn)了大渦模擬。然后將此方法應(yīng)用到三墩繞流的二維模擬中。
　　(2)建立三墩繞流的二維計(jì)算模型,對(duì)槽墩群周圍的網(wǎng)格進(jìn)行了加密,采用大渦模擬的方法計(jì)算了二維情況下串列式墩群高雷諾數(shù)下

3、的繞流情況,得到了整個(gè)流場(chǎng)的流速、壓力分布、渦量變化等情況,并計(jì)算得到了各墩的升力系數(shù)、阻力系數(shù)、斯特諾哈爾數(shù)以及各墩后旋渦脫落的頻率。
　　(3)建立三墩繞流的三維計(jì)算模型,同樣對(duì)各墩周圍網(wǎng)格尺寸進(jìn)行了加密。由于模型的三維尺寸非常大,進(jìn)行大渦模擬需要十分精細(xì)的網(wǎng)格,受到計(jì)算機(jī)能力的限制,對(duì)三維計(jì)算未能采用大渦模擬方法,而采用了雷諾平均法。模擬結(jié)果給出了三維流場(chǎng)中流速、壓強(qiáng)分布、渦量場(chǎng)的情況,得到了河床剪應(yīng)力的分布情況,以及各墩的

4、升力系數(shù)、阻力系數(shù)、斯特諾哈爾數(shù)以及旋渦脫落頻率。
　　(4)比較二維和三維模擬得到的相關(guān)結(jié)果,二維模擬得到各墩駐點(diǎn)和邊界層分離點(diǎn)的位置不同,三維模擬則相差不大。二維可模擬出較好的渦街分布情況,三維模擬的渦量場(chǎng)具有明顯的隨機(jī)性和三維性；三維模擬得到各墩的阻力系數(shù)均為正值,與二維得到的結(jié)論不符,但都能得到中墩的穩(wěn)態(tài)阻力系數(shù)最小。各墩的升力系數(shù),二維和三維得到的值都在零附近波動(dòng)。各墩后旋渦脫落的頻率,二維和三維模擬得到的都是低頻,且有