發(fā)布時間：2020-10-15 01:12

　　 本文將一般多相流的思想借鑒到含分散質(zhì)多相流(本文指濁流)的模擬中,用改進的低色散的迎風(fēng)緊致算法對長直水槽中的開閘式濁流進行三維數(shù)值模擬。首先,對泥沙輸運方程中對流項的求解算法進行優(yōu)化,構(gòu)造了保色散的迎風(fēng)結(jié)合緊致差分格式(Upwind Dispersion Relation Preserving Combined Compact Difference,UDRPCCD),同時,引入水平集合法的距離函數(shù)思想對多相流濃度界面進行平滑處理并用其描述濃度場。改進的迎風(fēng)DRPCCD算法和其與水平集函數(shù)的結(jié)合使本文的多相流模型適用于大梯度流場的同時實現(xiàn)對方程中非線性對流項的高精度求解。之后,對改進的低色散算法進行數(shù)學(xué)分析,包括精度比較、色散性與耗散性比較、各向異性分析及穩(wěn)定性分析。接下來,將本模型運用在平坡及不同尺寸障礙物存在下的平坡地形中,對濁流演變的外部特征(頭部位置、濃度剖面與三維形態(tài))及內(nèi)部規(guī)律(能量轉(zhuǎn)變與速度場)進行模擬和研究。數(shù)值結(jié)果表明,濁流在平坡上的頭部速度呈現(xiàn)三段式趨勢,經(jīng)歷加速、勻速和減速階段,模擬結(jié)果與現(xiàn)有的研究理論及實驗結(jié)果基本一致;泥沙的懸浮與沉降結(jié)果表明粗泥沙顆粒具有更快的沉降速度,三維結(jié)構(gòu)圖則進一步表明細(xì)泥沙顆粒的加入對整體濁流形態(tài)的決定性影響;能量方面,可以看到本模型較好的能量守恒性質(zhì),各能量分量(動能、勢能、粘性損失和顆粒沉降損失)的變化趨勢與Nasr-Azadani等的三維直接模擬的結(jié)果一致-最初勢能快速轉(zhuǎn)化為動能,泥沙沉降損失由初始大于粘性損失逐漸減小;同時,從數(shù)模結(jié)果中也可觀察到出現(xiàn)在物模試驗中的其它特性,如異重流頭部高于臨界點的結(jié)構(gòu)特點,由以上結(jié)果驗證了本濁流數(shù)值模型的合理性和可行性。最后,考慮到濁流通常出現(xiàn)的海底起伏地形,在平坡模型中加入了兩種尺寸的高斯型障礙物并進行模擬,結(jié)果與Meiburg團隊的研究一致,從而進一步驗證了本模型在濁流問題上的適用性和可延展性。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TV149.2
【部分圖文】：

需要考慮密度變化外，其他項密度的變化均可以忽略，從而使我們能夠在密度變??化只引起微小修正時把它忽略，同時在密度變化有動力學(xué)意義時又能保持它［５９］。??本文模型的初始設(shè)置見下圖（圖２．１），采取全高度的瞬時開閘設(shè)置以產(chǎn)生??重力流。打開閘門后，兩種密度不同的流體在壓力作用下相互侵入，其中，重流??體中含有兩種粗細(xì)不同的顆粒，顆粒與流體的密度差為定義約化重力＃??圖２．１開閘式雙組分濁流的初始設(shè)置圖??對于物理問題中的參數(shù)，有兩種方法進行處理。一種是直接將物理問題的變??量本身帶入到數(shù)值模型中進行計算，它的好處在于，在輸出結(jié)果中可以直接看到??目標(biāo)量綱的結(jié)果。但對于不同單位的輸入或輸出量，需要人工進行相應(yīng)量綱換算，??且最終不容易對比不同量綱下的結(jié)果。另一種方法是引入各變量的一些特征值，??１１??

需要考慮密度變化外，其他項密度的變化均可以忽略，從而使我們能夠在密度變??化只引起微小修正時把它忽略，同時在密度變化有動力學(xué)意義時又能保持它［５９］。??本文模型的初始設(shè)置見下圖（圖２．１），采取全高度的瞬時開閘設(shè)置以產(chǎn)生??重力流。打開閘門后，兩種密度不同的流體在壓力作用下相互侵入，其中，重流??體中含有兩種粗細(xì)不同的顆粒，顆粒與流體的密度差為定義約化重力＃??圖２．１開閘式雙組分濁流的初始設(shè)置圖??對于物理問題中的參數(shù)，有兩種方法進行處理。一種是直接將物理問題的變??量本身帶入到數(shù)值模型中進行計算，它的好處在于，在輸出結(jié)果中可以直接看到??目標(biāo)量綱的結(jié)果。但對于不同單位的輸入或輸出量，需要人工進行相應(yīng)量綱換算，??且最終不容易對比不同量綱下的結(jié)果。另一種方法是引入各變量的一些特征值，??１１??

圖２．３泥沙輸運方程的推導(dǎo)示意圖??泥沙的質(zhì)量守恒，考慮量綱，泥沙的濃＾＋（ｕ＋ｗ，ｅｇ）－Ｖｃ，?＝ＤｐＶ２ｃ，，?ｉ＝＼，?２濃度，ｉ表示本文模擬的兩種不同粒徑ｒ從，心，７＼從．分別指玻爾茲曼常數(shù)（Ｂ）的粘度。同上節(jié)的方法，對泥沙輸側(cè)同時除以一�？梢缘玫�，原始ＨＩ２ｌｕｂ??由此，無量綱化后系數(shù)依次為ｕ久丄ｌｕ＼的泥沙輸運方程可具體表示如下。??Ｑｑ?１??－－—２
【相似文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王妲;基于迎風(fēng)型緊致格式的開閘式濁流在長直水槽中的數(shù)值模擬[D];浙江大學(xué);2017年

本文編號：2841465