斜交桥墩阻水特性数值模拟研究

在桥梁设计中受地形地质、接线等原因影响,桥轴线有时不得不与河道斜交布置,通常情况下桥墩墩轴线与桥轴线垂直布置,受此影响,桥墩墩轴线则与水流流向形成一定夹角α.二维数值模拟研究成果表明,对同尺寸桥墩,α越大则桥墩阻水比随之增大,由此引起的桥墩墩前壅水高度及范围,桥区流速变化幅度及范围、紊流宽度等均相应增大,严重时将直接威...     

桥梁阻水水头损失计算方法比较

河道水流经过桥墩时, 由于桥墩的阻碍作用, 将产生一定的水头损失。对于本身水力坡降就不大的平原地区 河道, 桥墩阻水引起的水头损失对河道过水能力的影响是至关重要的。通过对 D cAubuisson 公式、 Yarnell 公式、 Henderson 公式、 铁科院李付军公式和无坎宽顶堰公式等常用桥墩壅水计算公式的分析比较, 结合水工模型试验结 果, 认为 Yarnell 公式、 无坎宽顶堰公式的计算结果可以较好的反映桥墩阻水引起的水头损失。     

基于MIKE21的跨河桥梁壅水数值模拟分析

为明晰黄河上游河道桥梁壅水特性并探究数值模拟法在防洪演算中的可靠性,以宁夏回族自治区境内黄河青铜峡至石嘴山段(以下简称“青石段”)内连续7座桥梁为研究对象,运用MIKE21水动力模块构建二维水动力模型,对不同洪水频率下桥梁壅水特性进行数值模拟与对比分析。结果表明：在对二维水动力模型率定与验证的过程中,模拟值与实测值相对误差均小于5%,边界约束条件与河道糙率均经率定分析后取值;随着洪峰流量的减小,河道流速降低,桥墩壅水值在0.10～0.28 m水位范围内波动,对比模型模拟结果与经验公式计算结果,Henderson公式计算值与二维模型模拟值更为接近且变化趋势较一致,而陆浩公式计算结果相对偏大。本研究可为跨河建筑物壅水特性影响分析与河道防洪演算提供经验参考和理论依据。     

凉水河北京南站段壅水特性数值模拟研究

北京南站改扩建工程跨凉水河桥在200m长河道上共布置桥梁18座,桥梁处于河道弯道处,桥墩的阻水影响加大了水头损失,造成河渠壅水。因此,有必要对扩建工程造成凉水河壅水影响进行评价,探索河道平面形态桥间距等因素对壅水高度的影响规律,确保河流和建设工程的正常运行。本次利用平面二维k-ε双方程紊流模型,结合自由表面模拟技术,采用清华大学CREST模型,考虑凉水河现状、规划情况及桥梁设计要求,选取4个断面,按不同流量对北京南站改扩建工程对凉水河壅水影响进行评价计算。计算结果表明:200m长河道范围内出现了不同程度的壅水,桥梁壅水的累积作用明显,凸岸的壅水高度和壅水影响明显大于凹岸。研究结果对凉水河防洪所采取的措施有实际意义,对北京南站改扩建工程的设计起技术指导作用。     

涉河桥梁阻水影响因素研究

采用VOF(volume of fluid)方法和标准κ-ε模型,对涉河桥梁桥墩附近河段三维流场进行了精细模拟,通过不断改变桥墩宽、桥墩数、桥梁跨径、桥墩和水流的夹角、桥梁和水流的夹角和桥墩的布置形式等,进一步分析各个因素对桥梁壅水的影响.计算分析成果表明桥墩在桥梁稳定的前提下,减少其宽度可以有效地降低壅水高度,同时双圆柱型桥墩有利于降低壅水高度.桥墩轴线尽可能顺应水流流向,桥梁轴线尽可能与水流流向垂直,至少要将夹角控制在65°以上.     

平原河道桥墩群阻水壅高试验研究

以南京秦淮新河为参考原型,建立河道桥群概化试验模型,定量研究平原河道桥群阻水叠加效应.试验结果表明:上游水流受桥墩阻水影响,水位壅高明显,壅水高度随桥墩数量的增加而增大,壅高范围随着桥墩数量的增多而延长;对于概化河道(流量1000 m3/s,流速2.5 m/s,阻水率6％),河道中心线最大壅水高度36 cm,壅水范围150 m;在桥梁群上游150 m位置处,6座桥梁组成的桥梁群引起的壅高值为单座桥梁壅高值的1.5倍.研究成果对评估桥梁等涉水建筑物引起的阻水影响具有参考意义.     

墩柱壅水数值模拟研究

紊动黏性系数是墩柱壅水数值模拟中的重要参数,在现有利用水动力数学模型分析墩柱壅水的研究中,对紊动黏性系数取值规律的研究仍然不足。首先设计壅水物理模型试验实测墩柱壅水,然后采用二维水动力数学模型模拟墩柱壅水,分析几种紊动黏性系数取值方法对壅水高度的影响及敏感性。结果表明,E取常值,按Peclet数取值,按Smagorinsky方程取值,均可以成功进行壅水计算,但3种紊动黏性系数取值方法与壅水高度的作用规律各不相同。     

明渠流动条件下单圆墩的阻水效应数值模拟

该文利用数值模拟手段探究明渠流动条件下单圆墩阻水效应特征。数值模型基于商用软件Fluent的气、水两相流模块,自由液面的捕捉选取VOF模型。通过分析明渠水流中单墩柱放置前后局部水位差,建立了阻水效应特性与流态因子之间的关系式。定量分析了墩柱阻水效应的空间影响范围及阻水强度,同时通过系列数值实验率定了单圆墩阻水系数经验公式hw* (y*)= Ae?(y*/B)2中的A、B参数,该经验公式由作者通过物理模型实验获得。研究成果可为大尺度河流水动力模拟中桥梁墩柱的概化提供一定参考依据。     

桥梁壅水数值模拟计算

根据非恒定流基本方程组,建立平面二维非恒定流桥梁壅水数学模型,通过数值模拟计算桥梁壅水值。桥梁壅水数值模拟计算,弥补了经验公式及物理模型的缺陷,为工程建设决策提供了依据。     

桥墩壅水的计算方法比较

桥墩壅水的确定在输水渠道的桥梁设计中至关重要。渠道几何尺寸和糙率、桥墩阻水比、水流Froude数、桥墩形状及布置形式等都会对最大水位壅高和桥墩阻力产乍影响。结合水工模型试验资料，对比检验了不同桥墩壅水高度计算公式。在大流量、缓流情况下，对于阻水比较小的桥墩，Yamell公式比较符合试验资料，可以用于计算壅水高度。     

桥梁及堤防的壅水计算

经水利权威部门专家调查,"1998大水"后受灾程度加重的主要原因是洪峰历时时间长,而洪峰历时时间长又与跨江河桥梁增多,行洪区内违章修筑的民堤大大缩窄了行洪断面,随之产生壅水有很大关系。因此,除依法拆除违章阻水物外,对桥梁的桥墩和民堤等阻水物在汛期产生的壅水高度、长度做出科学、精确地计算,对防汛工作将起到事半功倍的作用。     

桥墩群阻水对河道水动力的影响研究

桥梁等涉河建筑物的修建使河道过水断面压缩,桥位附近流速加大、流态紊乱,在一定范围内导致水位壅高、局部冲刷等问题。应用平面二维水沙数学模型,模拟漯河市京广铁路桥附近的水动力变化以及沙河的河势变化,并在此基础上模拟下游300 m处将要建设的解放路沙河大桥建成后带来的累积影响,就河道壅水以及河势变化等问题进行探讨。结果表明:在下游桥梁的壅水范围内,上游桥梁前方的壅水值比单座桥梁时偏大,上游桥梁前方的流速值有所减小。     

南水北调中线干渠桥墩壅水计算公式的选择

南水北调中线工程沿线布置数百座桥梁,桥墩壅水对渠道的过流能力和渠道的水面线具有一定的影响,因此,准确计算桥墩壅水对于水面线的计算和输水渠道的设计具有十分重要的作用。以典型的圆柱型桥墩为研究对象,采用VOF方法对桥墩周围的紊流场进行了数值模拟,并计算了给定水深、流量和桥墩阻水比等条件下桥墩的壅水大小,通过与一维经验公式计算结果的对比,建议选择无坎宽顶堰公式作为桥墩壅水计算公式。最后,在南水北调中线干线一维数值仿真平台上分析了所有桥梁的壅水效应对渠首水位的影响。     

驶经桥墩船体非定常水动力相互作用数值预报

应用CFD软件对船舶通过桥区时的船体-桥墩水动力相互作用进行数值研究,通过使用动网格技术及UDF进行船舶运动过程中的网格更新,对船舶沿直线航线匀速驶经桥墩时的非定常粘性流场进行数值模拟,对桥墩诱导的船体非定常水动力进行数值预报,其中假设船舶航速很小,因而自由面兴波的影响可以忽略。以一艘集装箱船和一个垂直柱体桥墩模型为例,选取不同的船体-桥墩横向距离进行了数值计算,得到了作用在船体上的横向力和转首力矩时历曲线,分析了船体-桥墩横向距离对船体非定常水动力的影响。     

复式断面明渠三维紊流的数值模拟

本文采用非线性ｋ－ε紊流模型和Ｎａｏｔ－Ｒｏｄｉ代数应力模型（Ｎ－Ｒ模型）模拟复式断面明渠三维紊流。非线性ｋ－ε模型用张量形式推出，适用于边界形状复杂的流动，而Ｎ－Ｒ模型采用一种补充关系式反映计算点与界面距离对雷诺应力的影响，能较好地反映界面的作用。对一个复式断面明渠实例进行计算，给出了流速场（包括主流、二次流），壁面剪切力和雷诺应力分布，并与实验结果进行详细比较，还研究了浅滩粗糙壁面时的流动，除     

桥渡壅水平面二维数学模型模拟研究

本文根据圣维南基本方程组,建立了平面二维非恒定流桥渡数学模型方程,通过坐标变换,以边界拟合坐标生成二维均匀正交网格,在交错网格上采用交替方向的全隐差分格式进行离散化代数方程计算。通过桥渡流场的实例计算,在水位、流速分布、分流比和桥渡壅水等方面取得了令人满意的结果,该数学模型对于弥补和配合物理模型进行桥渡问题的研究具有重要作用。     

基于FLOW-3D的明渠壅水断面流速特征研究

随着传感器技术的发展,渠道流量测量技术有了新的突破,目前渠道流速大多是根据点流速进行计算,但在渠道内因阻滞作用的影响,同一断面上的水流速度分布会随着水深的不同而不同。为探讨不同水深边界情况下,明渠剖面流速分布特性。文章截取某梯形渠道100 m渠段,利用FLOW-3D进行建模,模拟了不同的下游壅水情况。通过对不同水深情况下剖面流速分布的研究,采用固定流速系数的方法进行分析,给出了在壅水高度小于20 cm的情况下,可以达到测量精度(误差不超过±10%)的水流速度系数。通过模拟计算,拟合出了水流速度系数随水深变化的曲线,对流速系数进行修正后可使测流误差小于1.40%。