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《北京交通大学》 2007年
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水下淹没建筑物局部流场及河床冲刷坑的数值模拟

劳尔平  
【摘要】: 作为对桥墩局部冲刷研究工作的一个中间过程,本文采用二维沿水宽平均的k-ε双方程模型对河流中淹没建筑物附近的流场以及下游的冲刷坑进行了数值模拟。本文判定冲刷采用的泥沙起动判据为:对比水流在底床的剪应力τ_w与相同条件下Shields曲线对应的泥沙临界起动拖曳力τ_c,如果τ_w<τ_c则表明该网格点所在深度的泥沙不能为现有的水动力条件所起动;如果τ_w>τ_c则相反,该点的泥沙将被起动、搬运。 采用此判据,本文计算了平底河床上淹没建筑物对河道断面压缩比例不同时的流场,给出淹没建筑物下游局部漩涡范围、局部冲刷范围及根据各点剪应力对比判断的最大冲深部位。结果表明:计算得出的结论合乎规律;当淹没建筑物压缩河道比例小于50%时,在建筑物下游形成一个小范围的漩涡,不是河床冲刷的主因;随着压缩比逐渐增大,建筑物下游漩涡区也增大,由一个涡变化为两个涡,转变为河床冲刷的主要原因。 另外,本文提出了使用有限容积法和直角坐标系下四边形网格来处理活动边界的预网格剖分边界拟合方法,使用此法对淹没建筑物以50%比例压缩河道时建筑物下游漩涡区内河床的冲刷坑进行了数值模拟,能够获得符合率较高的冲刷平衡曲线,对流场分析显示:计算结果合乎自然规律,说明使用此法对冲刷平衡曲线这样的不确定性边界进行预估是完全可行的。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:U442.32

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