一种强耦合固液多相流数值模拟方法技术

本发明专利技术提供一种强耦合固液多相流数值模拟方法，包括步骤：通过物理力学分析确定固相与液相受力特征，并将固相与液相的受力特征写入数值模型；获取待测山地的地形数据与物源数据，并通过网格坐标转化(x，y，z，h)四维网格数据；定义待测山地的相间粘性拖曳力、虚拟质量力，获取待测山地的沟道启动、运动、堆积位置信息，构建守恒向量模型、固液相间作用力模型、浮力模型、粘性托曳力模型、虚拟质量力模型、多相流模型、液相底床摩阻力模型，进行强耦合固液多相流数值模拟。该方法适用于不同物质多相复杂物质的强耦合力学机制，可以消除传统数字模拟方法中因相间作用力耦合不足导致的椭圆退化、相脱离、流态紊乱、流体失真等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种强耦合固液多相流数值模拟方法
本专利技术属于山地灾害防治、环境治理
，具体涉及一种强耦合固液多相流数值模拟方法。
技术介绍
固液多相流是由固相颗粒和液相流体组成的混合流体，固相颗粒和液相流体在运动中互相影响、共存并有明确分界面，其涉及流动力学、热力学、传热传质学、燃烧学、化学和生物反应以及相关工业过程中的共性科学问题，对多相流科学的发展与进步对生态与环境的变迁、山地灾害防治分析、环境治理等具有极为重要的意义。现今对固液多相流数值模拟不能精确实现山地灾害过程中涉及的多种多相复杂物质流体，目前对于山地灾害多相流中各种物理机制不明确，数值模拟方法过于简化，如：(1)、专利申请号为201710958968.9的文献中公开一种泥石流全过程数值模拟及数值计算方法，该方法基于Savage-Hunter理论的单相NS方程，将要模拟的多相流介质通过简化为单相流复杂流体介质进行模拟，且用一套浅水波方程定义；虽然在宏观上可以起到很好的模拟及预测作用，但由其控制方程简化，无法考虑其中一些很深入的固液耦合物理机制(相间作用力，固相及液相本构模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强耦合固液多相流数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：/n通过物理力学分析确定固相与液相受力特征，并将所述固相与所述液相的受力特征写入数值模型；/n获取待测山地的地形数据与物源数据，并通过网格坐标转化(x，y，z，h)四维网格数据；其中，(x，y)为所述四维网格数据内各点相对于固定参考点的相对经纬距离，z为各点上的地形高程值，h为物源高程值；/n定义所述待测山地的相间粘性拖曳力、虚拟质量力，获取所述待测山地的沟道启动、运动、堆积位置信息，构建守恒向量模型、固液相间作用力模型、浮力模型、粘性托曳力模型、虚拟质量力模型、多相流模型、液相底床摩阻力模型，进行强耦合固液多相流数值模拟；其中，...

【技术特征摘要】
1.一种强耦合固液多相流数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过物理力学分析确定固相与液相受力特征，并将所述固相与所述液相的受力特征写入数值模型；
获取待测山地的地形数据与物源数据，并通过网格坐标转化(x，y，z，h)四维网格数据；其中，(x，y)为所述四维网格数据内各点相对于固定参考点的相对经纬距离，z为各点上的地形高程值，h为物源高程值；
定义所述待测山地的相间粘性拖曳力、虚拟质量力，获取所述待测山地的沟道启动、运动、堆积位置信息，构建守恒向量模型、固液相间作用力模型、浮力模型、粘性托曳力模型、虚拟质量力模型、多相流模型、液相底床摩阻力模型，进行强耦合固液多相流数值模拟；其中，
所述守恒向量模型为：






其中，g为重力加速度，hs、hf分别为固液两相的高度，us、vs分别为固相在x、y方向上分量，uf、vf分别为液相在x、y方向上分量，Tsx、Tsy分别为固相相底床摩阻力在x、y方向上的分量，Tfx、Tfy分别为液相相底床摩阻力在x、y方向上的分量，fix、fiy分别为固液相间作用力在x、y方向上的分量，U、F(U)、G(U)、S均为向量，为向量U对时间t作偏导数，为向量F(U)对x作偏导数，为向量G(U)对y作偏导数；
所述固液相间作用力模型为：
fi＝fb+fd+fVM；
其中，fb为流体静力学浮力，fd、fVM分别代表粘性托曳力、虚拟质量力；
所述浮力模型为：



其中，τs为固相底床摩阻力矢量，μ为底床摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢云旭，周公旦，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51