论文部分内容阅读
大涡模拟(LES)是重要的研究含颗粒物重力流(浊流)的模拟方法之一,它能够得到比雷诺平均法(RANS)更多的流动信息,又比直接数值模拟(DNS)节约计算资源。至今还未发现采用LES对带坡道转换的浊流进行模拟,本研究采用Dynamic Smagorinsky(DS)和WALE亚格子模型的LES和RANS k-ε模型对带坡道转换的浊流实验进行了模拟,依据实验数据对比分析了带坡道转换的浊流的二维和三维LES的密度云图、坡上坡下截面速度、浓度和深度平均速度、浓度、厚度以及断面比能、密度弗雷德数和整体理查德森数等反映流动特征的参数,最后分析了多次浊流沉积模拟与实验的差别,得出如下结论:(1)二维LES模拟涡旋在纵向过分延伸,导致模拟的流动速度慢于实验,并且断面速度、浓度和深度平均浓度、速度、厚度与实验数据偏差较大,甚至还不如k-ε模型模拟效果;(2)相比于二维模拟,三维LES模拟更能定性地体现出与实验相似的大尺度涡旋现象,且三维LES DS模拟和实验的断面速度浓度和深度平均浓度、速度、厚度都较为吻合,优于LES WALE模拟;(3)相比于WALE模型,LES DS模型的三维模拟能更清晰地通过断面比能判断出浊流流态在水槽中的变化,即斜坡段0~5.5 m为缓流,然后在坡道转换处变为急流,6.5 m之后的平坡上又转变成缓流;(4)浊流LES的密度弗雷德数在斜坡段和平坡段均大于1,由于断面速度变化较大而无法依据深度平均量算得的密度弗雷德数来判断其流态,辅之以断面比能方能做出更为精准的判断;(5)LES DS亚格子模型能够模拟出与实验吻合的流动特征和浊流沉积厚度,但未能反映出与实验相同的沉积物波状地形,这就意味着现有的LES DS亚格子模型对浊流沉积的模拟存在一定的不足,特别是关于底部边界条件方面需进一步改善。这些研究对探索深海浊流的流动特性、沉积机理及相关油气储藏的勘探等具有一定的参考作用。