基于格子Boltzmann法的透水沥青路面材料水渗流模拟

为了研究水在透水沥青路面材料空隙渗流问题,应用格子Boltzmann方法(LBM),建立了二维模型,从空隙尺度模拟了由3种不同的形状(圆形、椭圆形和矩形)颗粒组成的人工多孔介质中的流体流动。研究了透水沥青路面材料的结构特征和水力学特征,以及无量纲渗透率与空隙率、形状(圆形、椭圆形和矩形)及高宽比(椭圆的长短轴之比、矩形的长宽比)之间的关系。结果表明:椭圆形状的多孔介质无量纲渗透率最大,而圆形的渗透率最小,矩形形状的多孔介质渗透率介于两者之间。当空隙率较低的情况下,空隙率对无量纲渗透率影响较小;当空隙率增大到某一值时,空隙率对渗透率的影响明显。对于椭圆形状的人工多孔介质,在相同空隙率情况下,无量纲的渗透率大致与椭圆形状的长短轴之比近似为线性关系。格子Boltzmann方法从微观机理上揭示了动水在透水沥青路面内部的输运规律,而且与传统的计算流体力学方法相比,处理复杂的边界条件比较容易,并行计算性能良好。研究成果为格子算法在相应领域应用提供了理论与实践依据。