[发明专利]方形桥墩冲刷问题的绕流流场计算方法

权利要求书

1.方形桥墩冲刷问题的绕流流场计算方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1：构建方形桥墩及其冲刷水流的物理模型，即绕流模型；

步骤2：对步骤1的物理模型进行网格划分，对桥墩表面附近区域划分边界层网格；

步骤3：将步骤2得到的网格文件导入流体有限元软件，建立方形桥墩的数值模型；

步骤3.1：使用ANSYS FLUENT软件读取步骤2得到的网格文件，并检查网格质量是否满足要求；

步骤3.2：建立方形桥墩的湍流模型，并进行编译；

步骤3.3：设置工质为液态水，并对其密度与粘度进行设定；

步骤3.4：选择设置压力-速度耦合方程的算法；设置压力插值、动量方程、湍动能、耗散率参数；

步骤4：设置方形桥墩数值模型的控制方程求解格式和数值计算精度；

步骤5：利用数值模型计算得到方形桥墩的绕流流场，利用后处理软件对计算结果进行提取；

步骤3.2中，方形桥墩的湍流模型采用基于网格尺度修正的分离涡模型，控制方程如下：

式中符号〈〉表示计算域内变量的均值；ρ为密度；k为湍动能；u_j为速度分量；μ为分子粘度；μ_t为湍流粘度；σ_k为湍动能的湍流普朗特数；G_k为湍动能生成项；Y_k为湍动能耗散项；S_k为湍动能用户自定义项；σ_ω为比耗散率的湍流普朗特数；Y_ω为比耗散率耗散项；G_ω为比耗散率生成项；S_ω为比耗散率用户自定义项；F_Adaptive-DES为屏蔽函数；Δ为亚格子尺度；V为第一层网格单元体积；L_t为双方程模型的湍流尺度；F_SST为混合函数；r_d为特征距离；C_lim为C_DES下临界值；C_dyn为C_DES上临界值；C_DES为分离涡模型系数；L_k为柯莫格罗夫尺度；ζ为耗散率；υ为运动粘度系数；f_d为延迟函数；Ω为应变率张量；S为旋转率张量；h_max为壁面网格最大边长；h_min为壁面网格最小边长；ν_t为湍流运动粘度；ν为分子运动粘度；d_w为网格距离壁面的高度；为衰减函数；r为衰减系数；γ为最大网格横纵比；^表示滤波；U_i,j为速度梯度张量；α、β、λ、C_μ、C_d1、C_d2、K分别为常数。

2.根据权利要求1所述的方形桥墩冲刷问题的绕流流场计算方法，其特征在于，还包括步骤6：建立方形桥墩的实体模型，并在步骤3相同的条件下进行水流冲刷试验，将水流冲刷试验结果与步骤5的绕流流场的计算结果进行对比，根据对比结果对方形桥墩的数值模型进行校正。

3.根据权利要求1所述的方形桥墩冲刷问题的绕流流场计算方法，其特征在于，步骤1中，所述构建方形桥墩及其冲刷水流的物理模型，采用三维绘图软件对方形桥墩及桥墩表面附近区域进行建模。

4.根据权利要求1所述的方形桥墩冲刷问题的绕流流场计算方法，其特征在于，步骤2包括以下子步骤：

步骤2.1：将步骤1的物理模型文件导入到网络划分软件ANSYS ICEM中，对流场区域边界进行定义；

步骤2.2：对流场计算域划分贴体块，然后依据物理模型边长大小设置块上每条边的节点数，使第一层网格置于层流底层内部，重复操作获得四种不同密度的网格，分别命名为粗网格、中等网格、细网格及极细网格，输出四个网格文件。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方形桥墩冲刷问题的绕流流场计算方法，其特征在于，步骤4中，设置所有物理量计算收敛残差标准为1×10^-5，将定常计算的收敛结果作为非定常计算的初始值，以加快收敛效率。