基于
CFD-DEM
耦合模拟方法的水流泥沙运动研?/p>
水流泥沙运动一直是河流与海岸工程关注的重点课题
,
前人采用实验研究?/p>
理论分析等方法对于水流泥沙宏观运动规律已形成了基本认?/p>
,
但水流泥沙的?/p>
观运动机理还有待探索。随着近年来计算机技术及计算方法的快速发?/p>
,
利用?/p>
值模型从细观尺度研究水流泥沙运动机理及规律成为可能?/p>
本文基于
CFD-DEM
耦合方法
,
利用开源软?/p>
OpenFOAM
?/p>
LIGGGHTS
?/p>
CFDEM
耦合库建立数值模?/p>
,
从细观尺度研究了静水中泥沙沉降、明渠流及振荡流作用
下水流泥沙运动特性?/p>
本文主要研究内容和结果如?/p>
:(1)
通过模拟单个泥沙颗粒
在静水中的沉降过?/p>
,
分析了所建耦合模型的网格敏感?/p>
,
对于粒径较小的颗?/p>
,
推荐流体的网格尺度与颗粒直径的比值范围为
2~5;
将采用不同拖曳力模型得到
颗粒沉速与理论值对?/p>
,
发现
Benyahia
模型具有较好的精?/p>
;
模拟了不同直径泥
沙颗粒的沉?/p>
,
模拟结果与实验值与理论值吻合良?/p>
,
验证了所建模型的适用?/p>
;
探讨了不同体积浓度下颗粒沉速的分布
,
结果与实验值接近?/p>
(2)
模拟了不同明渠水动力条件下的水流泥沙运动过程。模拟得到的水流?/p>
均流速剖面符合对数律公式
,
验证了动力条件的正确?/p>
,
并分析了水流紊动强度
与雷诺切应力沿垂向的变化?/p>
模拟结果给出了泥沙表现为未起动?/p>
推移质输沙和推移质与悬移质共同输?/p>
的运动形?/p>
,
推移质输沙率与实验、理论值吻?/p>
;
随着水动力的增强
,
床面泥沙?/p>
布的不均性呈现先增加后减小的规律?/p>
(3)
振荡水流作用下定床和动床条件下的
模拟结果表明
,
定床和动床的流速剖面与紊动强度分布不同?/p>
在对称振荡流作用?/p>
,
泥沙颗粒做规律的周期性运?/p>
,
一个周期内的泥沙净
输沙接近为零
,
半周期平均输沙率与已有实验及经验公式接近?/p>