基于CFD-DEM耦合模擬方法的水流泥沙運(yùn)動研究.pdf

1、水流泥沙運(yùn)動一直是河流與海岸工程關(guān)注的重點(diǎn)課題，前人采用實(shí)驗(yàn)研究和理論分析等方法對于水流泥沙宏觀運(yùn)動規(guī)律已形成了基本認(rèn)識，但水流泥沙的細(xì)觀運(yùn)動機(jī)理還有待探索。隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)及計(jì)算方法的快速發(fā)展，利用數(shù)值模型從細(xì)觀尺度研究水流泥沙運(yùn)動機(jī)理及規(guī)律成為可能。本文基于CFD-DEM耦合方法，利用開源軟件OpenFOAM、LIGGGHTS及CFDEM耦合庫建立數(shù)值模型，從細(xì)觀尺度研究了靜水中泥沙沉降、明渠流及振蕩流作用下水流泥沙運(yùn)動特性。本

2、文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)通過模擬單個泥沙顆粒在靜水中的沉降過程，分析了所建耦合模型的網(wǎng)格敏感性，對于粒徑較小的顆粒，推薦流體的網(wǎng)格尺度與顆粒直徑的比值范圍為2～5;將采用不同拖曳力模型得到顆粒沉速與理論值對比，發(fā)現(xiàn)Benyahia模型具有較好的精度;模擬了不同直徑泥沙顆粒的沉速，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值與理論值吻合良好，驗(yàn)證了所建模型的適用性;探討了不同體積濃度下顆粒沉速的分布，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值接近。
　　(2)模擬了不同

3、明渠水動力條件下的水流泥沙運(yùn)動過程。模擬得到的水流平均流速剖面符合對數(shù)律公式，驗(yàn)證了動力條件的正確性，并分析了水流紊動強(qiáng)度與雷諾切應(yīng)力沿垂向的變化。模擬結(jié)果給出了泥沙表現(xiàn)為未起動、推移質(zhì)輸沙和推移質(zhì)與懸移質(zhì)共同輸沙的運(yùn)動形式，推移質(zhì)輸沙率與實(shí)驗(yàn)、理論值吻合;隨著水動力的增強(qiáng)，床面泥沙分布的不均性呈現(xiàn)先增加后減小的規(guī)律。
　　(3)振蕩水流作用下定床和動床條件下的模擬結(jié)果表明，定床和動床的流速剖面與紊動強(qiáng)度分布不同。在對稱振蕩流作用