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桥墩处流场模型研究及在航海模拟器中的应用

高菲  
【摘要】: 随着沿海经济的发展和近岸岛屿的开发和利用,越来越多的跨江(海)大桥开始大量兴建。在桥梁建设前,从多方面对工程方案进行精细的论证是必不可少的,加上我国航海模拟器发展技术的日趋成熟,利用航海模拟器进行大桥通航状况的模拟试验对工程方案进行进一步的论证必将成为一种趋势。因此,研究桥墩处流场模型,并将其应用到航海模拟器的评估论证中将具有十分重要的价值。 目前,关于桥墩处流场数模的研究尚不多见,关于桥墩问题在数值模拟中多对桥墩进行概化。本文则是从水动力数值模拟这一大的角度入手,主要对现阶段应用较为广泛的数值模式进行初步的研究,建立了大范围并适用于桥墩处流场的数值模型。该模型是基于三角形网格、有限体积法、显式差分求解海洋运动浅水方程,突出了三角形网格拟合复杂边界的优点。同时采用了加密网格法对桥墩周围水域进行局部加密,来更好的拟合桥墩形状、减少计算时间和提高计算精度。最后在Visuall C++集成开发环境下实现了研究水域的数值运算和流场显示。 通过数值计算及对计算结果的比较分析得出,墩柱的存在增加了桥位水域的阻力并减小了过水断面,产生了明显的绕流现象,随着来流速度的增大,绕流现象更加明显,流场的改变仅限于墩柱周围,对远离桥墩处几乎没有影响。并将实际工程方案的流场模拟结果应用到航海模拟器中,进行了船舶操纵的模拟试验,结果表明桥墩周围流场对船舶的航行安全造成一定的影响,但影响只限于桥墩局部,对远离桥墩处几乎没有影响。总的来说,该模型基本上能很好的模拟出桥墩周围的流场变化,但从水流的三维结构上考虑,还需对其进行进一步的完善,来提高结果的精确度,进而满足利用航海模拟器进行跨江(海)大桥通航评估模拟试验所需的精度要求。


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