文档介绍：第 30 卷第 3 期水
道
港
口 Vol. 30
No. 3
2009 年 6 月 Journal of Waterway and Harbor Jun. 2009
无壁面参数低雷诺数桩群阻力计算研究
唐
勇1, 杨
星2
( 1. 南京市水建水利建筑工程监理有限公司, 南京 210001; 2
河海大学交通学院海洋学院, 南京 210098)
摘
要: 桩群阻力的理论研究水平等, 对于单桩绕流阻力特性尚未彻底研究清楚, 而群桩有着不同于单
桩的独特力学特性, 其影响因素众多, 关系错综复杂, 所以寻求桩群阻力简化计算方法成为该领域内的
一种主流。借助于循环水槽物理模型试验数据结果建立无壁面参数边界层模型, 用于计算低雷诺数桩
群绕流阻力, 该模型的显著特点是工程实用性强, 由于不考虑壁面参数, 即简化了计算过程, 同时计算结
果也令人满意, 计算值与实测数据的最大误差低于 10% 。
关键词: 桩群阻力; 边界层模型; 壁面参数; 低雷诺数
中图分类号:TV 139. 16
文献标识码:
A
文章编号: 1005- 8443( 2009) 03- 0159- 05
桩群阻力的计算是个较新的课题, 其研究对优化码头或桥梁设计具有十分重要的意义, 其实质是要避免
码头或桥梁等建成后过大的水流变化和泥沙淤积带来的不利的海岸( 河岸) 岸滩演变。由于实际工程中的水
流泥沙条件难于在试验室模拟, 所以大部分有关桩群阻力的理论研究是在边界条件相对简单的长直数值水
槽或循环水槽中进行, 其中以单圆桩和单方桩的研究最多, T. Ye, R. Mittal[ 1] , D. Calhoun[ 2] , E. A. L. F. Lima
Silva[ 3] , D. Russell[ 4] , H. Ding[ 5] 等就单根圆桩绕流阻力进行了数值或物理试验研究。G. Li[ 5] , A. Sohankar[ 6] ,
A. N. Pavlov[ 7] , D. C. Wan[ 8] 等给出了单根方桩绕流阻力特性的数值或物理试验研究成果。相对于单桩的水
流条件而言, 群桩更显复杂, 群桩有着不同于单桩的独特力学特性, 其影响因素众多, 但其研究具有更大的工
程应用价值, 包括海上风电场、海湾大桥, 都涉及到桩群设计和桩群阻水的问题。
根据这些已经存在的研究成果, 桩群位于流体中, 主要受到沿流体运动方向的阻力和垂直于流体运动方
向的升力的影响。阻力是由流体绕物体流动所引起的压强差和摩擦切应力所造成的, 压强和切应力的总和
构成作用于物体上的阻力。对于细长物体, 如顺流放置的平板, 其摩擦阻力占主导地位。而对于圆柱, 桥墩
等钝形物体的绕流, 压强阻力占主导地位。其中作用于桩群表面的摩擦力由固体表面边界层条件决定, 通过
边界层数学模型可以得到桩壁面摩擦力, 但实际操作中具有一定的困难。在大部分现有的低雷诺数近壁模
式中, 阻尼函数或壁面反射项内包含与壁面距离或垂直壁面单位向量有关的壁面参数( 如 y+ , n 等) , 当几何
域较复杂时, 这些壁面参数的确定较为困难, 甚至需要通过复杂的试验才能确定。考虑到这样的实际情况,
寻求一种简化的带经验性质的桩群阻力计算方法