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随着我国工农业生产的发展和人民生活水平的提高,水的需求量日益增大,南水北调工程在全国范围内大规模开展开来。作为重要的输水构筑物,渡槽成为重要的生命线工程。巨大的输水流量,给渡槽结构提出了较高的要求,对现有的结构设计理论提出了新的挑战。由于渡槽多处于野外空旷或峡谷地带,所处环境风速较大,风荷载成为渡槽主要的控制荷载之一。鉴于目前渡槽抗风基本理论研究缺乏,现有渡槽结构风荷载估计不足,给已建和拟建的大型渡槽结构留下了安全隐患。因此,开展大型渡槽风荷载的研究工作显得非常必要。本文在总结前人工作成果的基础上,应用CFD方法对大型渡槽的静风荷载阻力系数进行了数值模拟。
本文首先详细介绍计算流体力学CFD方法的理论基础。然后应用CFD数值计算方法,以FLUENT软件为平台,模拟具有不同高宽比的大型渡槽在满槽、空槽及不同风攻角等工况下的风荷载阻力系数。比较两种湍流模型的计算值与风洞试验值,指出RNGk—ε湍流模型比标准k—ε湍流模型更适合分析带有锐边、会发生气流分离和产生涡体的钝体绕流问题。验证和对比分析不同工况下渡槽模型的风洞试验结果和CFD数值模拟结果,发现不同的方法具有相同的变化规律,进一步分析了风洞试验结果和CFD计算结果之间产生差距的原因。最后提出了多箱渡槽的阻力系数公式,为今后的渡槽风荷载计算提供参考。