【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及泥石流，具体涉及一种考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法。
技术介绍
1、目前大量的研究表明，基于深度平均模式的泥石流运动模型已经能较好地实现泥石流在流域尺度上的运动模拟，但是泥石流运动深度平均模型的推导需要对诸如速度等物理量从底床到流体自由液面进行积分平均化处理，使得一些动力学信息在平均过程中被忽略掉。尽管这些被忽略的动力学信息可能对泥石流在流域尺度上运动的影响并不大，但是当需要在局域尺度上模拟泥石流与结构体相互作用，尤其是模拟泥石流在翻越坝体时，深度积分模式的处理方法并不适用。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，以解决现有技术的上述技术问题。
2、根据本专利技术的一方面，一种实施例提供了一种考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，包括以下步骤：
3、基于连续介质深度固-液两相动力学数学模型，获取数值模拟方法所需要的参数，所述参数包括泥石流液相浆体密度、动力粘性系数、屈服应力、固相颗粒中值粒径和颗粒间摩擦角中的至少一项。
4、优选地，所述连续介质深度固-液两相动力学数学模型的固-液两相动力学控制方程为:
5、（1）
6、（2）
7、（3）
8、（4）
9、其中：
10、和分别为固相拟流体和液相流体的密度，单位：；
11、和分别为单位体积内固相拟流体和液相流体所占的体积分数，单位：无量纲，且满足
12、和分别为固相拟流体和液相流体的流速场，单位：；
13、和分别为固相拟流体和液相流体的应力张量，单位：；
14、为液相流体对固相的浮力，单位：；
15、和为液相流体对固相拟流体的拖曳作用力，单位：，且满足，其中，液相流体是固相拟流体，固相拟流体是液相流体；
16、为重力加速度，单位：；
17、为散度算子；
18、t为时间。
19、优选地，液相流体应力张量的模型为:
20、（5）
21、其中：
22、为液相流体的应力张量，单位：；
23、为液相流体压力，单位：；
24、为单位张量，单位：无量纲；
25、，表示液相应变率张量，单位：；
26、为液相速度梯度，单位：；
27、为转置算符；
28、，表示液相流体的剪切率，单位：；
29、，表示应变率张量的第二不变量，单位：；
30、为液相应变率张量的迹，单位：；
31、为液相流体动力粘性系数，单位：；
32、为液相浆体屈服应力，单位：。
33、优选地，固相应力张量的模型为:
34、（6）
35、其中：
36、为固相拟流体的应力张量，单位：；
37、为颗粒间持续接触所产生的应力张量，单位：；
38、为颗粒间瞬时碰撞产生的应力张量，单位：。
39、优选地，固-液相间的作用力的模型为:
40、（7）
41、其中:
42、权系数为；
43、和分别为固相拟流体和液相流体的密度，单位：；
44、为单位体积内固相拟流体所占的体积分数，单位：无量纲；
45、和分别为固相和液相流体的流速场，单位：；
46、为固相平均粒径，单位：;
47、，为液相有效动力粘性，单位：；
48、为液相流体动力粘性系数，单位：；
49、为液相浆体屈服应力，单位：；
50、，表示液相应变率张量，单位：；
51、为速度梯度，单位：；
52、为转置算符；
53、，表示液相流体的剪切率，单位：；
54、，表示应变率张量的第二不变量，单位：；
55、为液相应变率张量的迹，单位：；
56、为单颗粒拖曳系数，单位：无量纲，依赖于颗粒reynolds数，其表达式为:
57、（8）
58、其中，颗粒reynolds数为:
59、（9）
60、式（9）中，为颗粒粒径，单位：m。
61、优选地，颗粒间持续接触所产生的应力张量的表达式为:
62、（10）
63、颗粒间的持续接触压力为:
64、（11）
65、其中：
66、，表示固相应变率张量，单位：；
67、为转置算符;
68、,为固相拟流体的宏观剪切率，单位：；
69、，表示固相应变率张量的第二不变量，单位：；
70、为单位张量，单位：无量纲；
71、为固相应变率张量的迹，单位：；
72、为固相颗粒间持续接触摩擦角，单位：°；
73、为颗粒间的持续接触压力，单位：；
74、为颗粒弹性模量，单位：；
75、为颗粒泊松比，单位：无量纲；
76、为单位体积内固相拟流体所占的体积分数，单位：无量纲。
77、优选地，颗粒间瞬时碰撞产生的应力张量的表达式为:
78、（12）
79、颗粒碰撞压力和颗粒碰撞等效粘性表示为:
80、（13）
81、（14）
82、其中：
83、的单位：；
84、的单位：；
85、为单位张量，单位：无量纲；
86、为颗粒温度，单位：；
87、，表示固相应变率张量，单位：；
88、为转置算符;
89、为固相速度梯度，单位：；
90、为固相速度，单位：m/s;
91、为固相拟流体的密度，单位：kg/m3;
92、为单位体积内固相拟流体所占的体积分数，单位：无量纲；
93、，单位：无量纲；
94、的单位：；的单位：；颗粒径向分布函数的单位：无量纲；有:
95、（15）
96、（16）
97、（17）
98、（18）
99、其中：
100、为颗粒间非弹性碰撞的恢复系数，单位：无量纲，表征颗粒发生碰撞时颗粒变形恢复能力的参数；
101、为颗粒粒径，单位：m。
102、优选地，表示颗粒温度，其演化方程为:
103、（19）
104、其中：
105、为颗粒温度，单位：；
106、为固相拟流体的密度，单位：kg/m3;
107、为单位体积内固相拟流体所占的体积分数，单位：无量纲；
108、为颗粒间瞬时碰撞产生的应力张量，单位：；
109、为散度算子；...
【技术保护点】
1.一种考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，所述连续介质深度固-液两相动力学数学模型的固-液两相动力学控制方程为:
3.根据权利要求1所述的考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，液相流体应力张量的模型为:
4.根据权利要求1所述的考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，固相应力张量的模型为:
5.根据权利要求1所述的考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，固-液相间的作用力的模型为:
6.根据权利要求1所述的考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，颗粒间持续接触所产生的应力张量的表达式为:
7.根据权利要求1所述的考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，颗粒间瞬时碰撞产生的应力张量的表达式为:
8.根据权利要求1所述的考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，表示颗粒温度，其演化方程为:<...
【技术特征摘要】
1.一种考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，所述连续介质深度固-液两相动力学数学模型的固-液两相动力学控制方程为:
3.根据权利要求1所述的考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，液相流体应力张量的模型为:
4.根据权利要求1所述的考虑深度信息的固-液两相泥石流数值模拟方法，其特征在于，固相应力张量的模型为:
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：唐金波，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。