壁面湍流数值模拟的LES方法及其在桥梁绕流中的应用的开题报告

壁面湍流数值模拟的LES方法及其在桥梁绕流中的应用的开题报告一、研究背景桥梁是连接两个地区的重要交通建筑，可以极大地促进社会发展。然而，桥梁建设与维护中存在的问题之一是对风的抗风能力，特别是对侧风的抗击能力。风可以使桥梁受到涡街摆动和力学振动等作用，甚至导致桥梁倒塌。因此，研究桥梁绕流现象和风荷载特性具有重要意义，也是桥梁设计优化的必要步骤。流场的运动特征对桥梁绕流现象具有决定性的影响。壁面湍流模拟是描述流场运动特征的重要手段之一。为了获得更准确的模拟结果，近年来越来越多的研究者将采用直接数值模拟（DNS）或大涡模拟（LES）等高保真度的计算方法来模拟湍流流场。在这些方法中，LES因为它既考虑了小尺度的湍流而且不需要过多的计算资源相对而言更受到研究者的青睐。二、研究目的与意义本文旨在采用LES方法模拟桥梁侧面绕流现象，探讨不同空气动力参数对桥梁抗风性能的影响。通过对比和分析模拟结果，为桥梁设计和风荷载评估提供科学依据。三、研究内容1.回顾壁面湍流模拟的数值方法，包括传统的雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)模型和高保真度模型如大涡模拟(LES)、直接数值模拟(DNS)的基本思想和理论基础。2.描述桥梁侧面绕流现象的特征，了解流动特性和风荷载的作用过程，分析不同空气动力参数对绕流现象和风荷载的影响。3.建立桥梁绕流的数值模型，选取合适的物理模型和数值参数，分别使用RANS、LES方法进行数值计算，获得不同空气动力参数条件下的绕流现象和风荷载。4.对模拟结果进行分析，比较不同空气动力参数情况下的绕流特征和风荷载的差异，探讨参数变化与绕流现象、风荷载间的关系。5.结合实际桥梁结构，分析风荷载场的变化规律和风荷载分布特点，提供桥梁设计和风荷载评估的科学依据。四、研究方法本文采用FLUENT软件模拟桥梁侧面绕流现象，通过对比使用RANS和LES方法模拟结果的差异，探讨不同空气动力参数的影响。使用壁面湍流模型描述流动特性和物理过程，将桥梁结构和绝缘层、结构支撑等细节加入模型中，进行更为真实的模拟。五、预期成果通过模拟不同空气动力参数条件下的桥梁侧面绕流现象，本文将获得以下成果：1.得出桥梁绕流现象的物理规律和特征，分析不同空气动力参数对绕流现象和风荷载的影响。2.获得桥梁绕流场的随时间变化的演化情况，与风荷载的分布情况做对比和分析，揭示蕴含在风荷载背后的隐藏规律，为桥梁安全性评估和优化设计提供依据。3.提出桥梁风荷载的控制策略和方法，为桥梁建设和维护提供理论和实践指导。六、参考文献[1]李忆江，曹玉龙，黄东平，等.海峡两岸高速公路跨海大桥道路吊装缆索工程风荷载特征研究.岩土工程学报，2010(02):361-367.[2]祁恒锋，吴谦.风对作用于悬索桥特征振型的影响.建筑结构学报，2015(06):174-180.[3]Spalart,P.R.Detached-EddySimulation.Annu.Rev.FluidMech,2009,41:181-202.[4]LienFS,KalitzinG,LeschzinerMA.Wall-functionsandlengthscalesinlargeeddysim