基于重疊網(wǎng)格的橋墩防撞浮箱流場特性數(shù)值研究

冀 楠,楊 光,舒麟棹,錢志鵬,萬德成

(1. 重慶交通大學(xué) 航運(yùn)與船舶工程學(xué)院,重慶 400074; 2. 上海交通大學(xué) 船海計(jì)算水動(dòng)力學(xué)研究中心(CMHL),上海 200240)

0 引 言

隨著我國水路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展,船撞橋事故頻繁發(fā)生,若安裝上防撞裝置則能有效地保護(hù)橋墩安全[1]。橋墩防撞裝置種類繁多,其中一種是自浮式防撞浮箱,它能隨著水位升降而調(diào)整位置,特別適用于大變幅水位區(qū)域內(nèi)的橋梁防撞保護(hù),目前被廣泛用于國內(nèi)的橋梁防船撞設(shè)計(jì)中[2]。工程界針對(duì)防撞浮箱的設(shè)計(jì)一般是從撞擊概率、結(jié)構(gòu)變形、承載載荷和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行考慮[3],對(duì)防撞浮箱-橋墩系統(tǒng)則主要從碰撞角度研究浮箱防撞性能和橋墩結(jié)構(gòu)損傷,極少會(huì)從水動(dòng)力學(xué)角度考察防撞浮箱的流場特性及對(duì)橋墩影響[4-6]。因此,研究防撞浮箱在不同來流速度和水深條件下與橋墩之間的水動(dòng)力性能及流場特性具有重要的理論意義和工程價(jià)值。

針對(duì)防撞浮箱與橋墩之間的研究可從兩個(gè)方面展開:① 研究防撞浮箱的防碰撞性能,例如白凱等[7]采用顯式有限元法模擬了船舶撞擊防撞設(shè)施的過程,分析了防撞浮箱的耐撞性、變形及樁所受的力;單成林等[8]利用所建立的船舶、防撞浮箱、橋墩碰撞系統(tǒng)計(jì)算模型,對(duì)不同角度撞擊該浮箱和橋墩的受力影響、能量轉(zhuǎn)換、撥動(dòng)船頭程度進(jìn)行了分析;單成林等[9]采用靜力等效方法對(duì)SPS圓形防撞浮箱進(jìn)行了受力分析。②研究裸橋墩的繞流特性,例如YU Peng等[10]基于N-S方程對(duì)橋墩周圍的復(fù)雜流動(dòng)進(jìn)行了求解,模擬出了橋墩周圍局部沖刷的動(dòng)態(tài)演變過程;吳承偉等[11]對(duì)典型等直徑45°錯(cuò)置雙柱橋墩在不同柱間間距下的三維流場及水流力特征等進(jìn)行了研究;F.M.CISTERNAS等[12]采用大渦模型對(duì)垂直圓形橋墩周圍水流進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,研究了傅汝德數(shù)、雷諾數(shù)和幾何參數(shù)(水深與橋墩直徑之比)等3個(gè)參數(shù)對(duì)自由表面特性的影響。

筆者采用STAR-CCM+軟件,基于重疊網(wǎng)格技術(shù),以圓形自浮式浮箱-橋墩系統(tǒng)為研究對(duì)象,采用VOF方法捕捉自由液面,研究了水流流速和水深變化對(duì)防撞浮箱與橋墩間水動(dòng)力相互作用和流場的影響,為防撞浮箱工程應(yīng)用決策提供相應(yīng)參考。

1 數(shù)值計(jì)算模型

1.1 控制方程

在空間固定坐標(biāo)系下,數(shù)值模擬采用不可壓縮流動(dòng)RANS方程,連續(xù)性方程和雷諾平均方程分別如式(1)、 式(2):

(1)

(2)

1.2 湍流模型

陳志樂等[13]研究表明:對(duì)于床面上直立圓柱繞流問題,RSM模型能更好地模擬出速度場、床面剪應(yīng)力分布、柱側(cè)分離角等流動(dòng)現(xiàn)象。RSM模型對(duì)復(fù)雜流動(dòng)有著更高的預(yù)測精度,摒棄了各向同性的渦黏性假設(shè),通過附加雷諾應(yīng)力運(yùn)輸方程和耗散率方程來封閉N-S方程,其控制方程如式(3):

(3)

式中:u′i、u′j分別為i、j方向速度;Dij為擴(kuò)散項(xiàng);Pij為產(chǎn)生項(xiàng);Πij為壓力應(yīng)變項(xiàng);εij為耗散項(xiàng)。

其表達(dá)式為:

(4)

(5)

(6)

(7)

2 模型驗(yàn)證與研究對(duì)象

2.1 模型驗(yàn)證

模型驗(yàn)證采用圓柱繞流實(shí)驗(yàn)[14],圓柱直徑D=0.15 m,驗(yàn)證算例計(jì)算域長度取35D,圓柱上游入口距離圓柱中心為10D,下游出口距離圓柱中心為25D。計(jì)算域?qū)挾葹?0D,左右兩側(cè)距圓柱中心都為5D,水深為0.2 m,水流流速為0.26 m/s。為了考察網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,通過改變網(wǎng)格基本尺寸,得到了3種質(zhì)量不同的網(wǎng)格,其具體參數(shù)如表1。

表1 網(wǎng)格基本參數(shù)信息

實(shí)驗(yàn)測量了圓柱下游不同位置處的時(shí)均速度橫向分布,如圖1。圖1中:時(shí)均流速可通過除以橫向最大流速進(jìn)行無量綱化,其中x/D表示圓柱下游距離圓柱柱面的相對(duì)位置,y/D表示圓柱左右兩側(cè)距離圓柱柱面的相對(duì)位置,z/H表示水深位置距離床面的相對(duì)高度。圖1(a)～圖1(c)表示圓柱下游不同位置近自由表面處的速度分布,圖1(d)～圖1(f)表示近床面處相應(yīng)位置的速度分布?？梢园l(fā)現(xiàn),網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果影響比較小,這3套網(wǎng)格數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值非常吻合,僅圖1(f)中的圓柱正后方位置(-0.6≤y/D≤0.6)速度分布誤差較大,原因可能是床面的粗糙度設(shè)置與實(shí)驗(yàn)存在差別,導(dǎo)致近床面和圓柱遠(yuǎn)后方水流流態(tài)與試驗(yàn)結(jié)果存在一定誤差。綜合考慮計(jì)算精度與時(shí)間成本后,選擇中等網(wǎng)格屬性設(shè)置參數(shù)作為后續(xù)工況計(jì)算的網(wǎng)格劃分參數(shù)。

圖1 圓柱下游不同位置處的時(shí)均速度橫向分布

2.2 研究對(duì)象

自浮式浮箱作為一種典型的橋墩防撞裝置被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中(圖2)。自浮式防撞浮箱通過滑輪組件隨河道水位漲落進(jìn)行自動(dòng)升降,從而達(dá)到在不同水位條件下保護(hù)橋墩的作用。

圖2 自浮式防撞浮箱

筆者選擇圓形自浮式浮箱-橋墩系統(tǒng)為研究對(duì)象,并進(jìn)行數(shù)值建模計(jì)算。浮箱-橋墩幾何模型如圖3,其中圖3(a)為防撞浮箱被靜水面相切的圓截面,坐標(biāo)原點(diǎn)O位于截面圓心處。實(shí)際內(nèi)河航道橋梁直徑大多在1～10 m,為了與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工況保持一致,選擇直徑為7.5 m的大尺度橋梁為研究對(duì)象,采用1∶50的縮尺比,則橋墩模型直徑D=0.15 m。浮箱實(shí)際尺寸參考文獻(xiàn)[15],按縮尺比計(jì)算后得到圓形浮箱寬度L=0.07 m,高度h=0.06 m。為簡化計(jì)算模型,浮箱與橋墩之間的滑輪組件和護(hù)舷均做簡化處理,間距d=0.02 m,浮箱設(shè)計(jì)吃水為0.04 m。

圖3 浮箱-橋墩系統(tǒng)

長江航道各段水流流速約為1～3 m/s,根據(jù)傅汝德相似定律,得到計(jì)算模型水流流速約為0.14～0.43 m/s,但實(shí)際河流中的水流流速是不斷變化的,為盡可能覆蓋較寬的流速范圍,筆者對(duì)水流流速取0.13、0.26、0.52 m/s這3組工況。長江航道各段平均水深一般在2～10 m,以長江上游5000DWT過閘推薦船型為參考,其最大設(shè)計(jì)吃水為4.3 m,因此筆者將研究水深確定為5～10 m,按縮尺比計(jì)算后的3組水深工況分別設(shè)置為0.10、 0.15、 0.20 m。

2.3 計(jì)算域及邊界條件

整個(gè)計(jì)算域分為背景域和包含防撞浮箱的重疊域,如圖4。其中計(jì)算域的入口距離橋墩中心10D,計(jì)算域的出口距離橋墩中心30D,左右兩側(cè)距離橋墩中心各為10D,自由液面以上空氣高度為0.1 m,采用VOF方法捕捉自由液面。計(jì)算域入口與頂部均設(shè)置為速度入口,均勻來流;出口設(shè)置為壓力出口;計(jì)算域底部及左右兩側(cè)均設(shè)置為無滑移壁面。數(shù)值求解時(shí)間采用一階離散;擴(kuò)散項(xiàng)采用二階中心差分格式離散;對(duì)流項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式,以提高計(jì)算精度;壓力-速度耦合方程采用SIMPLEC算法進(jìn)行求解。

圖4 計(jì)算域

2.4 重疊網(wǎng)格劃分

為捕捉防撞浮箱在不同外界條件下的升沉垂蕩運(yùn)動(dòng)特性,筆者采用重疊網(wǎng)格法進(jìn)行數(shù)值模擬。將防撞浮箱等效為一個(gè)浮體,在計(jì)算過程中只放開垂向自由度,計(jì)算域重疊網(wǎng)格劃分如圖5。

圖5 計(jì)算域網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分采用切割體網(wǎng)格,邊界層厚度取0.017D,對(duì)自由液面、橋墩周圍進(jìn)行體加密,同時(shí)對(duì)重疊域進(jìn)行體加密,保證背景域與重疊域之間的網(wǎng)格平滑過渡。設(shè)置防撞浮箱運(yùn)動(dòng)域和橋墩流場背景域兩套網(wǎng)格,兩套網(wǎng)格相互獨(dú)立,并通過交界面進(jìn)行傳值來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,在計(jì)算過程中不會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)格畸變和負(fù)體積等問題,能始終保持計(jì)算網(wǎng)格質(zhì)量,從而保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 防撞浮箱運(yùn)動(dòng)特性

防撞浮箱的升沉位移時(shí)程曲線如圖6。由圖6可知:水流流速主要影響防撞浮箱的升沉位移值,而水深主要影響防撞浮箱的垂蕩歷程。流速變化時(shí),從圖6(a)～圖6(c)橫向?qū)Ρ瓤煽闯?浮箱穩(wěn)定后的升沉位移值變化很大。水深變化時(shí),在這3個(gè)流速下的浮箱穩(wěn)定后升沉位移值趨近相同,但其垂蕩過程有所區(qū)別。當(dāng)流速U=0.13 m/s時(shí),防撞浮箱下沉量很小,且穩(wěn)定后幾乎不再垂蕩;當(dāng)流速U=0.26 m/s時(shí),防撞浮箱下沉量增加,穩(wěn)定后有小幅度垂蕩;當(dāng)流速U=0.52 m/s時(shí),防撞浮箱下沉量進(jìn)一步增加,且穩(wěn)定后出現(xiàn)大幅度垂蕩。當(dāng)水深減小時(shí),防撞浮箱在10～25 s區(qū)間內(nèi)垂蕩程度是逐漸加劇的;25 s后,浮箱垂蕩逐漸平穩(wěn),但水深變化影響著垂蕩歷程。

圖6 防撞浮箱升沉位移時(shí)程曲線

為更深入研究水深對(duì)防撞浮箱垂蕩影響,筆者選擇流速U=0.52 m/s時(shí)3個(gè)水深下的升沉位移,取計(jì)算穩(wěn)定后的40～60 s垂蕩數(shù)據(jù),并通過快速傅里葉變換(FFT)求出頻譜分析的結(jié)果,如圖7。

圖7 不同水深下防撞浮箱垂蕩頻譜分析

從圖7中可看出:這3個(gè)水深下曲線均出現(xiàn)多個(gè)譜峰,說明有多個(gè)不同的垂蕩頻率。當(dāng)水深H=0.20 m時(shí),最高譜峰對(duì)應(yīng)頻率為0.2 Hz;當(dāng)水深H=0.15、0.10 m時(shí),最高譜峰對(duì)應(yīng)頻率均為0.1 Hz,說明水深減小時(shí),防撞浮箱主要垂蕩頻率在減小。

3.2 防撞浮箱動(dòng)力響應(yīng)

為研究不同條件下防撞浮箱的動(dòng)力響應(yīng)特征,對(duì)防撞浮箱的橫向力、縱向力和垂向力進(jìn)行無量綱化處理,力系數(shù)Ci計(jì)算如式(8):

(8)

式中:ρ為流體密度;U∞為不受干擾的流體速度;S為防撞浮箱的濕表面積;Fi為防撞浮箱在不同方向上的力。

不同流速下防撞浮箱的時(shí)均力系數(shù)(縱向力系數(shù)Cx、橫向力系數(shù)Cy、垂向力系數(shù)Cz)隨水深變化的曲線如圖8。

圖8 不同流速下防撞浮箱時(shí)均力系數(shù)隨水深的變化

由圖8可知:隨著水深增加,防撞浮箱的力系數(shù)基本呈下降趨勢。當(dāng)流速為0.13 m/s時(shí),3個(gè)方向的力系數(shù)隨著水深增加,其下降趨勢較為平緩,Cx最大且隨水深增加先略微增大后再減少,Cy和Cz最小;當(dāng)流速為0.26 m/s時(shí),3個(gè)方向的力系數(shù)大小居中,Cx隨水深增加先略微增大后再減少;當(dāng)流速為0.52 m/s時(shí),Cx最小,Cy和Cz最大,力系數(shù)均隨水深增加而下降明顯。

當(dāng)流速U=0.26 m/s時(shí),防撞浮箱縱向力系數(shù)隨水深變化的時(shí)程曲線和頻譜分析結(jié)果如圖9。從圖9中可知:Cx隨時(shí)間發(fā)展表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非周期性脈動(dòng)變化。從頻譜分析結(jié)果可看出:3個(gè)水深下均出現(xiàn)了多個(gè)譜峰,且相鄰譜峰間的能量峰值很接近,這也說明Cx無周期性的強(qiáng)烈脈動(dòng)變化。

圖9 防撞浮箱縱向力系數(shù)的時(shí)程曲線和頻譜分析(U=0.26 m/s)

圖10分別為3個(gè)水深下防撞浮箱Cz隨流速變化的時(shí)程曲線和頻譜分析結(jié)果,Cz的大小將直接影響著防撞浮箱的升沉垂蕩。

在3個(gè)水深下,浮箱Cz的時(shí)間平均值隨流速增加而變大,會(huì)導(dǎo)致流速增加時(shí),防撞浮箱的升沉位移值增加,這一規(guī)律與上文關(guān)于防撞浮箱升沉位移和垂向力系數(shù)的分析一致。從頻譜分析可以得出:水深H=0.10 m,流速在0.13、0.26 m/s時(shí),頻率譜有兩個(gè)譜峰,一個(gè)主頻率分別為2.20、2.15 Hz,一個(gè)副頻率分別為1.70、1.35 Hz;當(dāng)水深變化到0.15 m時(shí),低流速(U=0.13 m/s)下的頻率譜變成了單峰,而中流速(U=0.26 m/s)下的頻率譜仍保持著兩個(gè)譜峰;當(dāng)水深增加到0.20 m時(shí),低流速(U=0.13 m/s)下的頻率譜也為單峰,但其頻率減小到1.8Hz,說明水深增加后,低流速(U=0.13 m/s)下浮箱垂向力的脈動(dòng)變化周期規(guī)律在增強(qiáng),并且變化周期在增大。而中流速(U=0.26 m/s)下的頻率譜出現(xiàn)了3個(gè)譜峰,并且最高峰值的能量在變大;當(dāng)流速U=0.52 m/s時(shí),3個(gè)水深下的Cz頻域曲線都出現(xiàn)了多個(gè)譜峰,頻率分布分散在0.50～4.55 Hz,這說明在高流速(U=0.52 m/s)下,防撞浮箱垂向力的周期性脈動(dòng)規(guī)律完全消失,產(chǎn)生了強(qiáng)烈的垂蕩。

圖10 防撞浮箱Cz時(shí)程曲線和頻譜分析

3.3 防撞浮箱-橋墩流場

用VOF方法捕捉的自由液面細(xì)節(jié)如圖11。由圖11可發(fā)現(xiàn):浮箱與橋墩的間隙充滿了水流,受浮箱干擾,橋墩尾部的流態(tài)紊亂。

圖11 防撞浮箱-橋墩自由液面細(xì)節(jié)

圖12為流速U=0.26 m/s、水深H=0.20 m時(shí)的防撞浮箱-橋墩三維馬蹄渦。

由圖12(a)可發(fā)現(xiàn):防撞浮箱與橋墩共生成了3條馬蹄渦,分別位于防撞浮箱自由液面處、防撞浮箱底平面處和橋墩床面處。由圖12(b)可發(fā)現(xiàn):橋墩床面處的馬蹄渦渦量強(qiáng)度最大,呈粗管狀形態(tài),這也是引起橋墩床面沖刷的原因;防撞浮箱底平面處的渦量強(qiáng)度次之,形態(tài)扁平,這可能與防撞浮箱震蕩有關(guān);防撞浮箱自由液面處的渦量強(qiáng)度最小,呈纖細(xì)管狀形態(tài)。

圖13為流速U=0.26 m/s、水深H=0.20 m時(shí)防撞浮箱-橋墩在中縱剖面上的流線分布;圖14為防撞浮箱-橋墩局部Q準(zhǔn)則和流線?？傮w來看橋墩近后方流線呈螺旋運(yùn)動(dòng)形態(tài),說明這一區(qū)域?yàn)榛亓鲄^(qū),隨著流線逐漸往下游發(fā)展,螺旋形態(tài)漩渦消失,流線變?yōu)橐?guī)則的左右擺動(dòng)。

圖12 防撞浮箱-橋墩三維馬蹄渦

圖13 防撞浮箱-橋墩中縱剖面流線

圖14 防撞浮箱-橋墩局部Q準(zhǔn)則和流線

由圖13中的A、C區(qū)域和圖14可看出:來流側(cè)受到浮箱和橋墩的阻礙產(chǎn)生壅水,水面升高,水流速度降低,導(dǎo)致下游壓力大于上游來流壓力,產(chǎn)生了逆壓梯度,一部分水流在逆壓梯度作用下產(chǎn)生了回流,在防撞浮箱和橋墩來流側(cè)形成了周向分布的流動(dòng)分離漩渦,這就是防撞浮箱自由液面處和橋墩床面處產(chǎn)生馬蹄渦的原因。其次,由圖13中的B區(qū)域和圖14可看出:遇到阻礙的水流還有一部分會(huì)分離下沉到浮箱底部,形成回流漩渦,這就是防撞浮箱底平面處產(chǎn)生渦量強(qiáng)度較高馬蹄渦的原因。同時(shí),防撞浮箱上下垂蕩運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生加強(qiáng)和抑制漩渦的相反效果,使得浮箱底部馬蹄渦形態(tài)不穩(wěn)定。

圖15分別展示了不同流速、不同水深共9個(gè)工況在自由液面(Z=0)處的二維瞬時(shí)渦量。

圖15 自由液面處二維瞬時(shí)渦量

由圖15可知:防撞浮箱垂蕩主要產(chǎn)生兩種類型漩渦:① 防撞浮箱后部邊界層分離后形成的脫落渦,② 防撞浮箱升沉運(yùn)動(dòng)和水面相互作用形成的小尺度渦。當(dāng)流速較小(U=0.13 m/s)時(shí),小尺度渦分布在防撞浮箱周圍,并在向下游運(yùn)動(dòng)過程中被拉長為條狀渦,如圖15(a)～(c);當(dāng)流速增大,小尺度渦分布向橋墩后部的扇形區(qū)域轉(zhuǎn)移,如圖15(a)、(d)、(g);同時(shí)水深影響也很大,大流速加上小水深,小尺度渦的分布區(qū)域會(huì)大大擴(kuò)展,如圖15(i);由于受小尺度渦影響,在小流速(U=0.13 m/s)下,脫落渦還能呈現(xiàn)規(guī)律性的渦街形式,在中等流速(U=0.26 m/s)下,部分脫落渦被拉伸,呈現(xiàn)渦帶,甚至渦絲形態(tài),如圖15(c)、(f);在大流速(U=0.52 m/s)下,脫落渦強(qiáng)度繼續(xù)增大,但渦的脫落個(gè)數(shù)無明顯規(guī)律。

圖16分別展示了不同流速、不同水深的9個(gè)工況在半水深(Z=-H/2)處橋墩截面二維瞬時(shí)渦量。

圖16 半水深處二維瞬時(shí)渦量

由圖16可知:受水面處防撞浮箱垂向運(yùn)動(dòng)的影響,截面后部也存在大量小尺度漩渦,且漩渦的強(qiáng)度隨流速增大和水深減小而逐漸增強(qiáng);當(dāng)水深較淺時(shí)(H=0.10 m),橋墩后部的小尺度漩渦與尾后的分離剪切層融合發(fā)展后,脫落為上下兩對(duì)正旋渦和逆旋渦,且渦的強(qiáng)度隨著流速的增大而增大,如圖16(c)、(f)、(i),這也說明了圖8(a)中縱向力系數(shù)隨流速增加而增大的規(guī)律;當(dāng)水深較大時(shí)(H=0.20 m),橋墩后的渦旋從強(qiáng)度較弱且被拉伸的渦帶,逐漸過渡成強(qiáng)度較大的2S形漩渦,如圖16(a)、(d)、(g)。值得注意的是,在水深H=0.10 m時(shí),橋墩首部出現(xiàn)上下各一組條形漩渦,如圖16(c)、(f)、(i),這是由于水深較淺時(shí),半水深處橋墩截面距離防撞浮箱很近,受防撞浮箱底部的馬蹄渦影響所導(dǎo)致。隨著流速增大,條形漩渦被拉長,且在橋墩后部邊界層分離點(diǎn)處又出現(xiàn)上下各一組較小的條形漩渦,如圖16(f),隨著流速繼續(xù)增大,條形漩渦繼續(xù)被拉長,直至與橋墩尾后分離剪切層發(fā)生融合,如圖16(i)。

圖17為防撞浮箱-橋墩三維瞬時(shí)渦結(jié)構(gòu)等值面對(duì)比。

由圖17可知:隨著水深增大,渦量場的橫向?qū)挾仍谥饾u減小;當(dāng)流速增大,馬蹄渦逐漸與防撞浮箱后部漩渦發(fā)生融合;當(dāng)流速較小(U=0.13 m/s),防撞浮箱后部漩渦融合程度較高,呈現(xiàn)尺度較大的渦帶形態(tài),在中等流速下(U=0.26 m/s),防撞浮箱后部漩渦形態(tài)多樣,且尺度較小、數(shù)量增多,在大流速下(U=0.52 m/s),防撞浮箱后部漩渦整體呈現(xiàn)較規(guī)律的卡門渦街形態(tài)。

圖17 防撞浮箱-橋墩三維瞬時(shí)渦結(jié)構(gòu)等值面對(duì)比

4 結(jié) 論

筆者以典型的圓形自浮式浮箱-橋墩系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)防撞浮箱及橋墩繞流進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了水深和流速變化時(shí)防撞浮箱的升沉垂蕩特性、動(dòng)力響應(yīng)特性及防撞浮箱-橋墩系統(tǒng)的流場特性。得出如下結(jié)論:

1)流速增加會(huì)導(dǎo)致防撞浮箱下沉的位移值增大,且流速較大時(shí)防撞浮箱會(huì)出現(xiàn)劇烈垂蕩,而河道水深變化則會(huì)影響防撞浮箱的垂蕩周期;

2)防撞浮箱在3個(gè)方向上的力系數(shù)基本都是隨水深的增加而下降,當(dāng)流速較低時(shí),力系數(shù)隨水深增加下降趨勢較為平緩,縱向力系數(shù)隨水深增加會(huì)先略微上升后再下降;

3)防撞浮箱的時(shí)均垂向力系數(shù)會(huì)隨著流速增加而增大,較低流速下浮箱垂向力的變化周期隨水深增加而增大,較高流速下,防撞浮箱產(chǎn)生強(qiáng)烈的垂蕩,周期變化規(guī)律完全消失;

4)防撞浮箱會(huì)對(duì)橋墩流場造成影響,當(dāng)來流穩(wěn)定后,在防撞浮箱自由液面處、防撞浮箱底平面處和橋墩床面處會(huì)分別形成3條形態(tài)各異的馬蹄渦。