桥梁基础局部冲刷CFD模拟的研究进展

局部冲刷是涉水桥梁失效的主要原因之一.合理的桥梁基础局部冲刷估计,对保证桥梁基础的设计、施工和维护具有重要意义.基于CFD开展桥梁基础局部冲刷研究具有现场观测和水槽试验不具备的诸多优点.首先阐述了桥梁基础局部冲刷CFD模拟的控制方程、湍流模型和泥沙输运模型,以及报导的主要CFD模拟软件;介绍了国内外研究进展,总结了现有研究存在的不足,分析了其中的原因,探讨了局部冲刷CFD研究的发展方向.分析表明,现有CFD局部冲刷研究存在流动Re数过小、未考虑来流湍流特性或来流湍流特性估计不足、湍流模型对流动的非定常特性捕捉不足,以及采用经验性的定常流泥沙输运模型等问题,使得局部冲刷坑形态和最大深度估计与试验不符.一种有望解决上述问题的途径是采用大涡模拟数值求解欧拉-欧拉两相流方程,通过求解流体相和泥沙相的质量和动量方程,采用合适的泥沙相和流体相的压格子封闭模型,并合理模拟泥沙相内相互作用和泥沙相与流体相的相互作用,通过组合壁函数实现高效数值求解,以获得桥梁基础局部冲刷的合理估计,从而推动局部冲刷CFD模拟向大尺度模型和高流动R e数发展.