Preview

Вестник Донского государственного технического университета

Расширенный поиск

Численное моделирование поперечного обтекания пролетных строений балочных мостов

https://doi.org/10.23947/1992-5980-2018-18-4-362-378

Полный текст:

Аннотация

Введение. Верифицирована методика численного моделирования поперечного обтекания пролетных строений мостов на основе нестационарного решения Рейнольдса для уравнений Навье — Стокса (URANS, Unsteady Reynoldsaveraged Navier — Stokes). Данный двумерный подход используется в современных методах и пакетах прикладных программ вычислительной гидроаэродинамики.

Цели работы — отладка и экспериментальное обоснование указанной методики. Для реализации поставленной цели использована ранее разработанная авторами база данных по аэродинамическим характеристикам поперечных сечений пролетных строений балочных мостов типовых форм.

Материалы и методы. Проведено численное моделирование поперечного обтекания мостовых строений низкотурбулентными (гладкими) и турбулентными воздушными потоками в диапазоне практически интересных углов атаки. В итоге использовалась модель турбулентности SST k − ω. Методика предварительно отработана на тестовой задаче обтекания балок прямоугольного поперечного сечения. Расчеты проводились с помощью лицензионного программного комплекса ANSYS.

Результаты исследования. Показано, каким образом угол атаки определяет силы (подъемную и лобового сопротивления) и момент поперечных сечений балочных мостов типовых форм. Полученные расчетные зависимости относятся к пролетным строениям на стадиях монтажа (без плиты перекрытия и ограждений, без ограждений) и эксплуатации в условиях модельных набегающих потоков — гладкого и турбулентного. Это позволяет очертить границы для более взвешенных оценок аэродинамических характеристик балочных мостов в реальном ветровом потоке. Лобовое сопротивление сечению демонстрирует наилучшее согласование с опытными данными. Величина подъемной силы более чувствительна к наличию и протяженности отрывных зон, поэтому ее расчетное определение менее точно. Наиболее проблемным для большинства конфигураций является воспроизведение влияния угла атаки на аэродинамический момент сечения.

Обсуждение и заключения. Сравнение расчетных и опытных данных свидетельствует о применимости URANS-подхода к оперативному предсказанию аэродинамических характеристик однобалочных пролетных строений. Если же речь идет о многобалочных пролетных строениях, существенную роль играет аэродинамическая интерференция между отдельными балками. В этом случае вместо URANS-подхода следует применять более точные вихреразрешающие методы. Полученные результаты могут быть использованы в исследованиях аэродинамики сооружений и в практике проектных организаций в сфере транспортного строительства.

Об авторах

Ю. А. Гостеев
Новосибирский государственный технический университет
Россия

Гостеев Юрий Анатольевич, доцент кафедры «Аэрогидродинамика», кандидат физико-математических наук, доцент

РФ, 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20



А. Д. Обуховский
Новосибирский государственный технический университет
Россия

Обуховский Александр Дмитриевич, доцент кафедры «Аэрогидродинамика», кандидат технических наук, доцент

РФ, 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20



С. Д. Саленко
Новосибирский государственный технический университет
Россия

Саленко Сергей Дмитриевич, заведующий кафедрой «Аэрогидродинамика», доктор технических наук, профессор

РФ, 630073, г. Новосибирск,  пр. К. Маркса, 20



Список литературы

1. Симиу, Э. Воздействие ветра на здания и сооружения / Э. Симиу, Р. Сканлан. — Москва : Стройиздат, 1984. — 360 с.

2. Paidoussis, M.-P. Fluid-structure interactions: cross-flow-induced instabilities / M. - P. Paèidoussis, S.-J. Price, E. de Langre. — New York : Cambridge University Press, 2011. — 402 p.

3. Kavrakov, I. A synergistic study of a CFD and semi-analytical models for aeroelastic analysis of bridges in turbulent wind conditions / I. Kavrakov, G. Morgenthal // Journal of Fluids and Structures. — 2018. — Vol. 82. — P. 59–85.

4. Spalart, P.-R. Young person’s guide to detached-eddy simulation grids [Электронный ресурс] / P.-R. Spalart ; NASA CR-2001-211032 ; Boeing Commercial Airplanes. — Режим доступа: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20010080473.pdf (дата обращения: 05.09.18).

5. Monkewitz, P. A. Absolute instability in the near-wake of two-dimensional bluff bodies / P. A. Monkewitz, L. N. Nguyen // Journal of Fluids and Structures. — 1987. — Vol. 1, iss. 2. — P. 165–184.

6. Bruno, L. Analysis of the separated flow around a 5:1 rectangular cylinder through computational simulation [Электронный ресурс] / L. Bruno, N. Coste, D. Fransos // Fifth European & African Conference on Wind Engineering : proc. — Florence, 2009. — Режим доступа: http://www.iawe.org/Proceedings/5EACWE/115.pdf (дата обращения: 05.09.18).

7. On the evaluation of bridge deck flutter derivatives using RANS turbulence models / F. Brusiani [et al.] // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. — 2013. — Vol. 119. — P. 39–47.

8. Recommendations on the use of CFD in wind engineering [Электронный ресурс] / J. Franke [et al.] // ResearchGate. — Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/257762096_Recommendations_on_the_use_of_CFD_in_predicting_pedestrian_wind_environment (дата обращения: 05.09.18).

9. Белостоцкий, А. М. Численное моделирование задач строительной аэродинамики. Разработка методик и исследования реальных объектов / А. М. Белостоцкий, С. И. Дубинский, И. Н. Афанасьева // International Journal of Computational Civil and Structural Engineering. — 2010. — Т. 6, №1/2. — C. 67– 69.

10. Вычислительная аэродинамика строительных сооружений. Задачи и методы / С. В. Гувернюк [и др.] // Вестник МГСУ. — 2011. — Т. 2, № 2. — С. 113–119.

11. ОДМ 218.2.040—2014. Отраслевой дорожный методический документ. Методические рекомендации по оценке аэродинамических характеристик сечений пролетных строений мостов / Новосибир. гос. техн. ун-т ; Федеральное дорожное агентство (Росавтодор). — Москва : Изд-во ФГУП «Информавтодор», 2014. — 87 с.

12. Саленко, С. Д. Аэродинамические исследования типовых многобалочных конструкций / С. Д. Саленко, Ю. А. Гостеев, А. Д. Обуховский // Теплофизика и аэромеханика. — 2013. — Т. 20, № 4. — С. 451–460.


Для цитирования:


Гостеев Ю.А., Обуховский А.Д., Саленко С.Д. Численное моделирование поперечного обтекания пролетных строений балочных мостов. Вестник Донского государственного технического университета. 2018;18(4):362-378. https://doi.org/10.23947/1992-5980-2018-18-4-362-378

For citation:


Gosteev Y.A., Obukhovskiy A.D., Salenko S.D. Numerical simulation of the transverse flow over spans of girder bridges. Vestnik of Don State Technical University. 2018;18(4):362-378. (In Russ.) https://doi.org/10.23947/1992-5980-2018-18-4-362-378

Просмотров: 50


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1992-5980 (Print)
ISSN 1992-6006 (Online)