純隱格式的混合有限分析法在廣雅橋水流數(shù)值模擬中的應(yīng)用

方神光,黃勝偉

(珠江水利委員會珠江水利科學(xué)研究院,廣東廣州 510611)

在河道涉水工程中,新建橋墩阻水最為常見。由于占用了河道部分過水面積,會引起河道局部壅水、近岸流速增大等,因此橋墩壅水及其對河道防洪的影響受到廣泛關(guān)注。有關(guān)橋墩壅水的理論和應(yīng)用研究成果較多[1-6]。目前對樁墩的模擬主要采用2種模式[6]:一是采用局部阻力修正;二是直接進(jìn)行模擬。對于大范圍的計算區(qū)域,為提高計算效率,常采用較粗的網(wǎng)格,而橋墩尺寸太小,因此,常采用局部網(wǎng)格節(jié)點阻力修正的方法來體現(xiàn)橋墩對水位壅高的影響,較常用的局部阻力修正方法如趙曉冬[5]提出的樁群阻力修正公式。當(dāng)要了解橋墩前后的局部流態(tài)以及河勢變化時,則需要采用精細(xì)網(wǎng)格直接進(jìn)行模擬的方法,即將橋墩所占據(jù)的區(qū)域作為陸域進(jìn)行模擬計算。

在橋墩局部水動力數(shù)值模擬計算中,采用純隱格式的混合有限分析法[7]來離散和求解常用的曲線坐標(biāo)系下的二維水動力數(shù)學(xué)模型。該數(shù)值方法常用于局部區(qū)域流場的精細(xì)模擬,保留了有限分析法的優(yōu)點,同時避免了有限分析法中無窮級數(shù)帶來的不便,其計算結(jié)果準(zhǔn)確、有效[8-9]。筆者以柳州市部分柳江河道和該河道上擬建的廣雅橋為例,分別建立大范圍柳江河道的二維水動力數(shù)學(xué)模型和廣雅橋局部二維水動力數(shù)學(xué)模型,研究探討該橋梁工程建成后對局部河道壅水和水流流態(tài)的影響,并采用Fortran語言編制了計算軟件平臺。……