[發明專利]方形橋墩沖刷問題的繞流流場計算方法

有效

• 申請號: 202010929328.7
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112182922B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 洪鋒;張帆;胡濤;肖仁政
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F30/13;G06F111/10;G06F119/14;G06F113/08
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

1.方形橋墩沖刷問題的繞流流場計算方法，其特征在于，包括以下步驟，

步驟1：構建方形橋墩及其沖刷水流的物理模型，即繞流模型；

步驟2：對步驟1的物理模型進行網格劃分，對橋墩表面附近區域劃分邊界層網格；

步驟3：將步驟2得到的網格文件導入流體有限元軟件，建立方形橋墩的數值模型；

步驟3.1：使用ANSYS FLUENT軟件讀取步驟2得到的網格文件，并檢查網格質量是否滿足要求；

步驟3.2：建立方形橋墩的湍流模型，并進行編譯；

步驟3.3：設置工質為液態水，并對其密度與粘度進行設定；

步驟3.4：選擇設置壓力-速度耦合方程的算法；設置壓力插值、動量方程、湍動能、耗散率參數；

步驟4：設置方形橋墩數值模型的控制方程求解格式和數值計算精度；

步驟5：利用數值模型計算得到方形橋墩的繞流流場，利用后處理軟件對計算結果進行提取；

步驟3.2中，方形橋墩的湍流模型采用基于網格尺度修正的分離渦模型，控制方程如下：

式中符號〈〉表示計算域內變量的均值；ρ為密度；k為湍動能；u_j為速度分量；μ為分子粘度；μ_t為湍流粘度；σ_k為湍動能的湍流普朗特數；G_k為湍動能生成項；Y_k為湍動能耗散項；S_k為湍動能用戶自定義項；σ_ω為比耗散率的湍流普朗特數；Y_ω為比耗散率耗散項；G_ω為比耗散率生成項；S_ω為比耗散率用戶自定義項；F_Adaptive-DES為屏蔽函數；Δ為亞格子尺度；V為第一層網格單元體積；L_t為雙方程模型的湍流尺度；F_SST為混合函數；r_d為特征距離；C_lim為C_DES下臨界值；C_dyn為C_DES上臨界值；C_DES為分離渦模型系數；L_k為柯莫格羅夫尺度；ζ為耗散率；υ為運動粘度系數；f_d為延遲函數；Ω為應變率張量；S為旋轉率張量；h_max為壁面網格最大邊長；h_min為壁面網格最小邊長；ν_t為湍流運動粘度；ν為分子運動粘度；d_w為網格距離壁面的高度；為衰減函數；r為衰減系數；γ為最大網格橫縱比；^表示濾波；U_i,j為速度梯度張量；α、β、λ、C_μ、C_d1、C_d2、K分別為常數。

2.根據權利要求1所述的方形橋墩沖刷問題的繞流流場計算方法，其特征在于，還包括步驟6：建立方形橋墩的實體模型，并在步驟3相同的條件下進行水流沖刷試驗，將水流沖刷試驗結果與步驟5的繞流流場的計算結果進行對比，根據對比結果對方形橋墩的數值模型進行校正。

3.根據權利要求1所述的方形橋墩沖刷問題的繞流流場計算方法，其特征在于，步驟1中，所述構建方形橋墩及其沖刷水流的物理模型，采用三維繪圖軟件對方形橋墩及橋墩表面附近區域進行建模。

4.根據權利要求1所述的方形橋墩沖刷問題的繞流流場計算方法，其特征在于，步驟2包括以下子步驟：

步驟2.1：將步驟1的物理模型文件導入到網絡劃分軟件ANSYS ICEM中，對流場區域邊界進行定義；

步驟2.2：對流場計算域劃分貼體塊，然后依據物理模型邊長大小設置塊上每條邊的節點數，使第一層網格置于層流底層內部，重復操作獲得四種不同密度的網格，分別命名為粗網格、中等網格、細網格及極細網格，輸出四個網格文件。

5.根據權利要求1-4任意一項所述的方形橋墩沖刷問題的繞流流場計算方法，其特征在于，步驟4中，設置所有物理量計算收斂殘差標準為1×10^-5，將定常計算的收斂結果作為非定常計算的初始值，以加快收斂效率。