悬沙冲淤问题的湍流两相模型 Improved two-phase turbulent flow model for simulating suspended sediment laden flows.pdfVIP

水 利 学 报 2006年4月 SHUIUXUEBAO 第37卷第4期 文章编号：0559-9350(2006)04-0411．0f7 悬沙冲淤问题的湍流两相模型 倪浩清，李福田 (中国水利水电科学研究院，北京100044) 摘要：在双流体模型框架内统一二阶矩两相湍流模型的基础上，建立了改进的悬沙冲淤问题的湍流两相模型一湍 流代数应力模型，这一模型不仅能反映两相湍流的各向异性特征，并且更深刻揭示了悬沙颗粒与流体的湍流相互 作用的机理，以及浮力、回流及旋流等的影响。适用于河口悬沙冲淤及水库泥沙异重流等工程问题的模拟计算。 关键词：湍流；回流；浮力流；悬沙；两相代数雷诺应力模型 中图分类号：TVl42 文献标识码：A 由于计算技术的飞速发展，越来越多的流动问题通过数值模拟方法进行研究。流体力学模型是在 研究自然流动现象的基础上提出的，并随着人们对物理本质认识的深入而不断地发展，非线性湍流模型 的发展即源于对湍流的各向异性和不均匀性的认识。近20年中倪浩清、周力行等提出了改进的单相的 体模型HJ，倪、周等提出了冷一热水，油一水，气一水，液一固的双流体模型b“-，对于颗粒湍流问题，周 0’川。本 力行首先提出了有滑移和扩散的较完整的双流体模型旧o，并随后发展了一系列湍流两相模型u 文作者考虑了浮力流、回流及旋流的作用，同时也对统一二阶矩两相湍流模型中的颗粒质量流脉动输运 方程进行修正，提出了改进的悬沙冲淤问题的两相湍流模型。预计这个新的力学模型可解决工程中存 在的诸如盐水楔入侵、泥沙异重流及悬沙冲淤等疑难问题，能为工程设计提供可靠的科学依据。 1 两相湍流的时均与脉动方程 1．1基本假定双流体模型框架内的统一二阶矩两相湍流模型能够全面反映两相湍流的各向异性及 两楣湍流间的相互作用。按照湍流两相流的双流体模型基本概念，在欧拉坐标系中，把颗粒看成拟流 体，基本假设¨23为：(1)流体与颗粒相占据同一体积，在空间同一点各相具有各自不同的温度、速度和体 积分数；(2)稀疏两相流中颗粒相体积分数很小，因而不考虑颗粒间碰撞引起的颗粒相压力黏性力、扩散 和导热，并取液相视密度为其材料密度；(3)每一颗粒相除与液相有质量、动量及能量相互作用外，还有 自身的湍流脉动，从而引起颗粒的质量、动量及能量的湍流扩散；(4)按颗粒初始尺寸来区分颗粒组。 1．2稀疏颗粒两相流动的瞬时体平均方程组、时均方程组和脉动方程组为了推求两相流动的输运方 程，写出如下3种方程组 l。2。1 瞬时体平均方程组【121液相连续方程 u 警+萼：o责+意2 液相动量方程 收稿日期：2004．Ol一08 作者简介：倪浩清(1931一)，江苏无锡人，教授级高级工程师，主要从事水利水电工程、海洋工程和火、核电冷却水工程的水动力学、 波动力学及环境水力学研究。E-IIlail：IliIlaoqiIlg@siM．com 一41l一 万方数据 孥=等=一罄+鬻+为；+等(％叫) (2) 颗粒相连续方程 一” (3)…7 誓+警：o at。a茗： 颗粒相动量守恒方程 訾+警毛(t一胁+托一％， ㈩