基于CFD-DEM耦合模拟的圆柱局部冲刷研究

发布时间：2021-02-02 05:42

　　复杂流动下的泥沙起动、输运及局部冲刷一直是河流、海岸工程研究的重点课题。以往研究主要以床面平均切应力公式或挟沙力公式研究泥沙输运和冲刷,并不适用于涡旋以及强紊动作用存在的复杂流动条件。随着离散元法的发展,从细观尺度模拟水流泥沙运动得到了快速发展,它有可能揭示复杂流动下泥沙颗粒的运动规律。本文利用计算流体力学软件OpenFOAM和离散元软件LIGGGHTS建立的水流—泥沙运动耦合模型,采用大涡模拟模拟流场,并与离散颗粒模型耦合,从细观尺度上研究了复杂流动条件下泥沙的起动输运规律以及局部冲刷机制。本文主要研究内容和结果如下:（1）应用动态一方程紊流模型进行了圆柱绕流运动数值模拟,分析了圆柱周围的流场分布（水平流速、垂向流速）以及压力分布情况,并与RNG?-?紊流模型结果以及物模试验结果进行了比较,结果表明动态一方程紊流模型能够合理描述圆柱周围复杂的绕流流场及压力分布等。（2）通过耦合模型对后台阶下游三维水流流动及泥沙的起动和输运进行了数值模拟,紊流模型较好地模拟了台阶下游的时均流场、紊动强度以及雷诺应力分布,计算得到的台阶下游泥沙起动概率以及床面输沙率分布与实验结果符合较好,揭示了在复杂水... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

“软球”接触模型

38.0 38.5 39.0 39.5 40.0 40.5 41.0 41.5 42.0-0.2-0.10.00.1h=0.01mw(m/x/D38.0 38.5 39.0 39.5 40.0 40.5 41.0 41.5 42.0-0.10.00.1h=0.005m试验值LESRNG w(m/s)x/D图3-4（续） 不同水深处圆柱迎流侧及背侧垂向流速分布（光滑床面）

y0.34m处圆柱周围流场矢量图（光滑床面）

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CFD-DEM耦合方法的近床面水流泥沙运动模拟研究[J]. 苏东升,张庆河,孙建军,李明星.  水道港口. 2016(03)
[2]基于动态亚格子模型的方柱绕流大涡模拟[J]. 张海涛,曹曙阳.  沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2013(03)
[3]三维混合沙输运数值模拟[J]. 肖锋军,郭烈锦,王跃社,李德标.  工程热物理学报. 2012(02)
[4]圆柱形桥墩周围局部冲刷的三维数值模拟[J]. 祝志文,刘震卿.  中国公路学报. 2011(02)
[5]颗粒物质及其多尺度结构统计规律[J]. 王光谦,孙其诚.  工程力学. 2009(S2)
[6]潮流作用下海洋平台桩基冲刷过程及冲刷深度计算[J]. 孙永福,宋玉鹏,孙惠凤,马江.  海洋科学进展. 2007(02)
[7]明渠均匀流的摩阻流速及流速分布[J]. 刘春晶,李丹勋,王兴奎.  水利学报. 2005(08)
[8]丁坝坝头冲淤的三维数值模拟[J]. 彭静,玉井信行,河原能久.  泥沙研究. 2002(01)
[9]圆柱绕流的三维数值模拟[J]. 王亚玲,刘应中,缪国平.  上海交通大学学报. 2001(10)
[10]波浪作用下桩柱周围局部冲刷研究[J]. 陈国平,左其华,黄海龙.  海洋工程. 2000(04)

硕士论文
[1]水流作用下海上风机桩式基础局部冲刷三维数值模拟研究[D]. 张博杰.天津大学 2012
[2]基于OpenFOAM平台的不可压钝体绕流研究[D]. 茆根阳.北京化工大学 2012
[3]具有自由液面的直立墩柱绕流及局部冲刷三维数值模拟研究[D]. 刘慧芳.天津大学 2012



本文编号：3014163