分层强剪切环境下减阻板对圆柱减阻效应研究

王 寅，傅依达，王春凌，张 洁，徐 明，计 勇

(1.南昌工程学院 水利与生态工程学院，南昌 330099； 2.江西省科学技术信息研究所，南昌 330046；3.台州学院 建筑工程系，浙江 台州 318000)

1 研究背景

层化水体常见于近岸及河口区域，温度、盐度的垂向梯度可导致水体密度分层[1]。微弱的外界扰动会在分层面(密度跃层)上引发携带巨大能量的内波[2]。内波所引发的强烈作用力可能对水下支撑柱状物造成严重的威胁[3]。

近岸地区开发逐年深入，随着大批跨海大桥以及近河口跨江大桥的建设[4]，内波作用下桥墩的结构安全成为工程界极为关注的问题[5]。国内外学者通过开展大量柱体稳定的研究工作发现，当流体流经柱体时，从柱体两侧交替脱落的漩涡在增大柱体所受阻力的同时[6]，还会产生作用于柱体上并垂直于主流方向的周期性振荡力[7]。此类振荡力极易降低结构物的强度并造成疲劳损坏[8]。

研究者尝试通过抑制流动分离和漩涡脱落以达到柱体减阻目的[9-10]。在柱体上游一定距离处放置减阻板是常见的被动减阻方法，该方法源自Morel和Bohn[11]的物理实验成果：当串列放置的两个柱体间距小到一定程度时，两柱所受阻力均小于单柱情况。基于该理念，Lesage和Gartshore[12]通过在上游设置一个减阻板，有效削弱了作用在下游柱体上的时均阻力以及振荡力。针对分层强剪切环境，Wang等[13]采用数值模拟研究了内波对串列双柱的作用效应，发现柱间距对柱周漩涡特性影响很大。Zhou等[6]就减阻板对柱体受力的削弱效果进行了数值模拟，通过改变板长以及板-柱体间距得到最优减阻工况。……