SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ DÒNG CHẢY 3 CHIỀU ĐỂ DỰ ĐOÁN XÓI CỤC BỘ TRỤ CẦU ĐƠN
2014/3/28 14:16 - Nguồn : NCS. NGUYỄN VIẾT THANH - Ban Quản lý Khu kinh tế Quảng Bình; TS. ĐẶNG HỮU CHUNG - Viện Cơ học Việt Nam; PGS. TS. TRẦN ĐỨC NHIỆM; PGS. TS. TRẦN ĐÌNH NGHIÊN - Trường Đại học Giao thông Vận tải
TÓM TẮT:
Bài báo giới thiệu phương pháp mô phỏng số để nghiên cứu sự thay đổi dòng chảy và xói cục bộ xung quanh trụ cầu. Mô hình mô phỏng sử dụng phương pháp vi phân hữu hạn giải phương trình Navier-Stokes trung bình Reynolds đối với dòng chảy 3 chiều. Kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả thí nghiệm mô hình vật lý trong phòng. Các nguyên nhân gây xói cục bộ cũng được thể hiện trong kết quả mô phỏng như đường dòng trước trụ, cuộn song hình cung, dòng chảy đi xuống trước trụ, hố xói, cột xoáy sau trụ,..chiều sâu xói cục bộ càng lớn dần theo thời gian đến một giai đoạn xói sẽ phát triển chậm dần và ngừng xói.
Abstract:
In this paper, the problem onlocal scour around single square pier were studied by using both the numerical and physical models. The numerical model for the study is FSUM based on a finite-difference method to solve the Reynolds averaged Navier-Stokes equations (RANS) and the equations for suspended sediment concentration and bed morphology. The computed result was verified through data measured in the experimental flume with a sand bed. In general, the features of local scour around the pier were successfully simulated by FSUM, such as stream flow, bow flow, down flow, horseshoe vortex. The comparison between the computation and experiment data shows a quite good fitness. Both numerical model and experiment results show that the maximum scour depth occurs at two front edges of the pier. However, the computed result shows a bigger scour depth in comparison with the measured scour depth in the physical model.
Keywords: Numerical Modeling, Bridge square pier, Local scour, FSUM model.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Có bốn phương pháp phổ biến để nghiên cứu xói cục bộ trụ cầu, bao gồm: Phương pháp giải tích, mô hình vật lý, mô hình số và quan sát hiện trường. Một số phương trình kinh nghiệm tính chiều sâu xói cục bộ trụ cầu được rút ra từ các nghiên cứu bằng phương pháp giải tích kết hợp với mô hình vật lý và quan sát thực địa, tuy nhiên chỉ áp dụng trong một số điều kiện hữu hạn nhất định do tính chất phức tạp của dòng chảy trên sông (dòng chảy 3 chiều) và các tham số tác động đến quá trình xói.
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của phần mềm máy tính, động lực học chất lỏng tính toán đã được sử dụng để giải quyết các bài toán tính xói trụ cầu; phương pháp số dần được tiếp cận để tính toán dòng chảy và dự đoán xói cục bộ trụ cầu, ưu điểm của mô hình số là có thể giải quyết được những bài toán phức tạp về động lực học chất lỏng như cơ chế dòng chảy xung quanh trụ cầu, quá trình hình thành và phát triển xói theo thời gian...
Trong bài báo này, xói cục bộ xung quanh trụ cầu vuông được nghiên cứu bằng cách sử dụng các mô hình mô phỏng số và mô hình vật lý. Mô hình số sử dụng để nghiên cứu là mô hình FSUM (Flows with Subtance transport and Bed Morphology) được phát triển bởi TS . Đặng Hữu Chung (Viện Cơ học Việt Nam) từ năm 2008 [1], năm 2012 bổ sung và phát triển mô đun chuyển động bùn cát đáy và xử lý độ nhám cục bộ tại khu vực có trụ cầu vào FSUM nhằm mục đích cải thiện kết quả mô phỏng số.
Mời xem chi tiết trên Tạp chí Cầu đường Việt Nam số tháng 3 năm 2014