环境流体密度分层对浊流的流动和沉积的影响

基于雷诺平均的数学模型模拟研究环境流体密度分层与否条件下,2种入流机制的含多粒径颗粒物浊流由斜坡流至水平地形上的流动和沉积。结果表明:突然释放型浊流不论环境流体有无密度分层均在斜坡及水平地形前段形成沉积物波,而环境流体无密度分层的连续入流型浊流未出现波状沉积;自近源地区至远源地区沉积物粒径逐渐减小,但突然释放型浊流在波状沉积位置有大粒径沉积物,连续入流浊流沉积呈现更均匀的由上游至下游的自然粒径分选。

闸门释放重力流的大涡模拟研究

采用大涡模拟(LES)数值计算有环境流体密度分层的闸门释放重力流,并分别与Sutherland等的实验结果及RANS的模拟结果进行对比分析。结果表明,采用标准Smagorinksy亚格子模型的LES和RANS在模拟重力的行进速度方面与实验接近,LES能更好地模拟实验所观察到的重力流头部和环境流体界面处的Kelvin-Helmholtz滚动结构,但LES模拟的2个方向相反的重力流之间的密度分层交界面处的波动比实验结果偏大。为此,进行了2种改进亚格子模型系数的大涡模拟,当Smagorinksy常数Cs取0.10时,交界面的波动有减小的趋势;采用近壁阻尼函数修正Cs系数时,将密度分层界面作为1个假想的固壁边界来处理,模拟效果较好。采用改进的亚格子模型的LES比RANS更适用于重力流的机理研究。

3种湍流模型模拟水下重力流的比较研究(英文)

运用最新文献记载的3种用于数值模拟水下重力流的湍流模型模拟同一组新的水下重力流的实验。实验数据不仅包括传统的各垂向剖面的速度、浓度,也含有对应剖面的湍流动能。结果表明:在所比较的3湍流模型当中,k-ε模型的模拟性能最好,而MY和k-l模型的模拟均在重力流的上部混合区域呈现过量的扩散。进一步分析表明,MY模型和k-l模型所采用的依据墙面距离定义的宏观长度尺度L尽管可适用于水下重力流底部的壁面边界层,但不适用于重力流上部的自由剪切层,因为重力流上部自由剪切层的湍流长度尺度和依据壁面距离定义的宏观长度尺寸完全不同。

断面曲率半径对海底浊流的影响

基于雷诺平均的纳维尔-斯托克斯模型,三维数值模拟研究海底浊流在断面顶宽相同、但曲率半径不同的2个圆弧形弯曲渠道内的流动及沉积。结果表明:断面曲率半径大、边坡平缓渠道内的浊流更易在弯道顶点及其下游处发生溢流,而断面曲率半径小、边坡较陡的渠道浊流更易对边坡形成侵蚀,使浊流在渠道内流至下游时依然保持较高的流速及强度;经多次浊流事件的侵蚀及沉积,圆弧形的渠道渐渐向不对称的梯形转换;提高流向坡度会改变弯道顶点中心处二次流的方向。

海底大弯曲渠道中浊流的三维数值模拟

因和海洋油气资源的密切关系,对浊流在海底弯曲渠道中的流动及沉积的研究一直为研究热点之一。本研究采用内插法产生正交性高的网格和基于雷诺平均的Navier-Stokes方程及浮力项修正的湍流k-ε模型对高弯曲度梯形渠道内及漫滩的浊流进行了三维数值模拟,得到大弯曲度渠道中浊流流动、沉积及二次流的如下特征:周围流体的夹带作用强,弯道顶点断面处的密度等值面的倾斜度随着弯曲度的增加而增加;浊流多次流动后内岸处有较多侵蚀,渠道内沉积呈现由内岸向外岸的波状倾斜;从紧贴弯曲渠道边缘的纵剖面上观察的沉积比低弯曲度的更加波状起伏;从切过渠道内部及堤坝的纵剖面上观察的沉积比低弯曲度渠道更呈明显的由上游向下游方向倾斜及厚度减低的特征;渠道底部的外岸处存在受较大压缩的类似河流的二次流。