Abstract The numerical results of local scour for bridge piers are significantly affected by the inlet turbulent boundary conditions. A novel self-sustaining model (SSM) and corresponding the new inlet turbulent boundary conditions are proposed to quickly obtain a stable flow field of horizontal homogeneity. The Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations, and standard k-ԑ turbulence model are employed to solve the complex flow around the bridge piers. Based on the sediment transport model considering the effect of the arbitrary slope of riverbed and the collapse of sediment, the dynamic evolution process of local scouring around bridge piers is simulated. Then, the applicability of the numerical approach for local scour around bridge pier is validated by the flume test comparing with the flow pattern, the maximum scour depth and the morphology of scour pit. Finally, the influence factors of local scour for bridge piers including common pier shapes and different angle of attack are studied. The numerical results indicate that the proposed SSM can develop homogeneous isotropic turbulence to fine simulate local scour with prescribed inlet turbulent boundary conditions. The established sediment collapse model can reasonably reflect the collapse process in scouring. Importantly, the proposed numerical methods can provide a reasonable prediction of maximum scour depth. In addition, the performances of the local scouring are greatly sensitive to the pier shape and the angle of attack. The inflow parallelling to piers or choosing appropriate pier shape helpful to ease the scour.

中文翻译：

---

基于新入口湍流边界条件的桥墩局部冲刷数值模拟

摘要 桥墩局部冲刷的数值结果受入口湍流边界条件的影响显着。提出了一种新的自持模型 (SSM) 和相应的新入口湍流边界条件，以快速获得水平均匀性的稳定流场。采用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程和标准k-ω湍流模型求解桥墩周围的复杂流动。基于考虑河床任意坡度和泥沙塌陷影响的泥沙输运模型，模拟了桥墩周围局部冲刷的动态演化过程。然后，通过与流型相比的水槽试验验证了数值方法对桥墩周围局部冲刷的适用性，最大冲刷深度和冲刷坑形态。最后，对常见桥墩形状和不同攻角等影响桥墩局部冲刷的因素进行了研究。数值结果表明，所提出的 SSM 可以产生均匀的各向同性湍流，以在规定的入口湍流边界条件下精细模拟局部冲刷。建立的泥沙塌陷模型可以合理反映冲刷过程中的塌陷过程。重要的是，所提出的数值方法可以提供对最大冲刷深度的合理预测。此外，局部冲刷的性能对墩身形状和攻角非常敏感。入流平行于桥墩或选择合适的桥墩形状有助于缓解冲刷。研究了常见桥墩形状和不同攻角等影响桥墩局部冲刷的因素。数值结果表明，所提出的 SSM 可以产生均匀的各向同性湍流，以在规定的入口湍流边界条件下精细模拟局部冲刷。建立的泥沙塌陷模型可以合理反映冲刷过程中的塌陷过程。重要的是，所提出的数值方法可以提供对最大冲刷深度的合理预测。此外，局部冲刷性能对墩身形状和攻角非常敏感。入流平行于桥墩或选择合适的桥墩形状有助于缓解冲刷。研究了常见桥墩形状和不同攻角等影响桥墩局部冲刷的因素。数值结果表明，所提出的 SSM 可以产生均匀的各向同性湍流，以在规定的入口湍流边界条件下精细模拟局部冲刷。建立的泥沙塌陷模型可以合理反映冲刷过程中的塌陷过程。重要的是，所提出的数值方法可以提供对最大冲刷深度的合理预测。此外，局部冲刷的性能对墩身形状和攻角非常敏感。入流平行于桥墩或选择合适的桥墩形状有助于缓解冲刷。数值结果表明，所提出的 SSM 可以产生均匀的各向同性湍流，以在规定的入口湍流边界条件下精细模拟局部冲刷。建立的泥沙塌陷模型可以合理反映冲刷过程中的塌陷过程。重要的是，所提出的数值方法可以提供对最大冲刷深度的合理预测。此外，局部冲刷性能对墩身形状和攻角非常敏感。入流平行于桥墩或选择合适的桥墩形状有助于缓解冲刷。数值结果表明，所提出的 SSM 可以产生均匀的各向同性湍流，以在规定的入口湍流边界条件下精细模拟局部冲刷。建立的泥沙塌陷模型可以合理反映冲刷过程中的塌陷过程。重要的是，所提出的数值方法可以提供对最大冲刷深度的合理预测。此外，局部冲刷的性能对墩身形状和攻角非常敏感。入流平行于桥墩或选择合适的桥墩形状有助于缓解冲刷。所提出的数值方法可以提供对最大冲刷深度的合理预测。此外，局部冲刷的性能对墩身形状和攻角非常敏感。入流平行于桥墩或选择合适的桥墩形状有助于缓解冲刷。所提出的数值方法可以提供对最大冲刷深度的合理预测。此外，局部冲刷的性能对墩身形状和攻角非常敏感。入流平行于桥墩或选择合适的桥墩形状有助于缓解冲刷。