王飞　张彬　齐剑峰

摘要：基于FLUENT软件的动网格更新技术和用户自定义函数功能实现了桥墩局部冲刷过程的三维动态模拟。以Melville经典冲刷试验为原型，建立数值模型。将河床面设置为主要的动边界，当床面结点瞬时剪应力大于临界剪应力时，结点位置下移，表现为冲刷，引入Van Rijn提出的沉积输运函数来控制河床面各结点的运动速度。数值模拟结果在流场形态，冲坑发生发展过程及冲坑形态均与试验结果较为吻合，模拟的冲坑深度略小于试验结果，误差约13%。误差产生的主要原因为基于雷诺平均N-S的湍流模型不能有效地反应钝形桥墩前端湍流脉动的影响。

关键词：局部冲刷；动网格更新；数值模拟；桥墩；Melville冲刷试验

中图分类号：U442 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2017）02-0132-06

冲积河道在遇到阻水构筑物（桥墩、丁坝等）时，构筑物周围河床的局部冲刷对阻水构筑物的稳定有很大的影响。对于桥墩而言，水流在遇到桥墩后，由于桥墩的阻水使得过水面积减小，墩周流速增大，河床剪应力增加，墩周河床沉积物被水流搬运，墩周床面高程逐步降低，并产生冲坑，导致桥墩基础的埋深减小，进而会导致桥梁的倒塌，甚至生命和财产的损失。

桥墩的局部冲刷是一个动态的发展过程，影响因素众多，空间分布具有很强的三维特性，这就使得冲刷模型试验成为以往研究冲刷问题的主要手段。但模型实验存在费用高，无法普遍应用，条件单一，存在模型尺寸效应等不确定因素，数值模拟方法的不断改进使得其作为一种研究手段越来越显示出其不可替代的作用。……