桥墩壅水的数值模拟

论文摘要

在桥渡设计中,冲刷计算、孔径计算、导治建筑物布置以及综合方案的比较等都是以桥梁水力计算为工作基础的,而桥梁水力计算,除天然水流与自然河床外,总是以桥墩壅水计算作为主要内容,这是因为由于桥孔约束水流,使桥下流速增大,从而靠近泛滥边界一段河滩路堤上游水面壅高,下游水面降低,横跨路堤形成较大的水面高差,在洪水期间将会威胁路堤的安全,而且桥墩上游水面的壅高也对河岸路堤的修筑高度和桥梁的桥下净空等要求等都有关键的影响,因此桥墩壅水计算有着非常大的实际意义,本文就对桥墩的壅水进行了研究。本文首先对桥墩壅水的发生机理、影响壅水的因素进行了简要的回顾和评述,并对现有的几个计算桥墩壅水的公式进行了简单的分析,总结得出了各个公式的适用范围以及使用条件,进一步分析得到针对目前对于桥墩壅水的计算没有一个广泛接受的公式,因此本文认为用数值模拟的方法对桥墩壅水进行分析计算十分可行和必要的。因此本文采用平面了二维水流模型对桥墩壅水进行了模拟。本文利用求解平面二维水流模型的Fluent软件,建立了适用于桥墩壅水计算的平面二维数学模型,并对实验室水工模型试验结果进行了验证,表明该模型能够模拟桥墩壅水的变化情况。改变影响桥墩壅水的因素,模拟桥墩周围的流场并计算出了桥墩的壅水值,并进一步的分析了各因素对桥墩壅水的潜在影响,结果显示,该模型对于桥墩壅水高度的预测有一定的实用性,对桥梁设计也有一定的指导作用。模型对于河道的水流和桥墩的壅水计算有很重要的意义。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 桥墩壅水研究的背景及意义
• 1.2 桥墩壅水计算的国内外研究现状
• 1.3 桥墩壅水计算的研究方法
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.4.1 本文研究目的
• 1.4.2 本文研究内容
• 2 桥墩壅水的计算方法比较
• 2.1 桥墩计算的基本模型建立
• 2.2 桥墩壅水的计算方法的选择
• 2.3 各壅水计算方法的比较
• 2.4 本章小结
• 3 平面二维水流数值模拟基础及数学模型的建立
• 3.1 三维流体的流动数学模型
• 3.1.1 三维流体的流动方程
• 3.1.2 三维水流流动模型的简化
• 3.1.3 三维水流流动模型紊流模型的选取
• 3.2 平面二维水流流动模型的建立
• 3.3 平面二维水流流动模型的求解
• 3.3.1 平面二维水流数学模型控制方程的统一形式
• 3.3.2 二维通用流体模型方程的离散
• 3.3 通用离散方程的求解
• 3.3.1 交错网格技术
• 3.3.2 二维通用流动离散方程的SIMPLE解法
• 3.4 方程求解中有关问题的处理
• 3.4.1 定解条件
• 3.4.2 床面阻力系数
• 3.4.3 紊动粘性系数
• 3.4.4 动边界处理
• 3.4 二维水流模型的求解工具
• 3.5 本章小结
• 4 计算模型的建立及试验验证
• 4.1 FLUENT计算模型建立及实桥验证
• 4.1.1 实桥模型概述
• 4.1.2 实桥模型简化及模型的计算
• 4.1.3 计算结果的分析
• 4.2 本章小结
• 5 分析河流参数对壅水高度的影响
• 5.1 基本模型选取
• 5.1.1 不同压缩条件对壅水的影响
• 5.1.2 不同流速条件对壅水的影响
• 5.2 计算结果的分析
• 5.2.1 压缩比对壅水的影响
• 5.2.2 水流流速对壅水的影响
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集