基于Massflow与离散元的流固耦合研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 安会聪 |
| 答辩日期 | 2019-07-01 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 成都 |
| 导师 | 欧阳朝军 |
| 关键词 | 山地灾害 数值模拟 流固耦合 深度积分连续介质法 离散单元法 |
| 学位专业 | 岩土工程 |
| 其他题名 | Fluid-solid coupling study on the basis of the Massflow and the discrete element method |
| 英文摘要 | 泥石流、滑坡入水等山地灾害的发生伴随着离散固相与黏性液相的强烈相互作用，并且空间尺度相对较大，难以应用传统的单相模型或三维计算流体与离散元的流固耦合模型（CFD-DEM）进行求解。本文首次提出了基于深度积分连续介质法与离散单元法的流固耦合模型，并根据基底颗粒的迁移计算侵蚀与沉积，试图在准确捕捉灾害体动力学特征的前提下，提供一个更加高效率的流固耦合计算模型。总结起来，本文的研究内容和结论主要可以概括为以下几点：1、结合深度积分连续介质法、离散单元法的控制方程和具体的灾害案例，分别研究了两种不同的计算方法在地质灾害模拟中的特点、其运用于流固耦合计算的可行性与优势。如深度积分连续介质法模拟计算的高效性，离散元方法处理颗粒离散介质的灵活性，并针对离散元的计算参数进行敏感性研究，掌握计算参数与模拟结果之间的联系，为流固耦合框架下案例分析的参数选取提供依据。2、以模型实验、真实的泥石流和滑坡案例为研究对象，液相计算模型采用深度积分后的纳维-斯托克斯方程形式，固相计算模型采用离散单元法，实现了地表过程动力学软件Massflow与英国DEM-Solutions公司开发的商业化的新型三维离散元软件EDEM之间的耦合。在耦合过程中，主要的研究工作有：（1）考虑离散介质在液相中的作用，通过理论分析和方程推导，得到了流固耦合模型中液相的深度积分控制方程，主要体现为液相体积分数的改变以及固液相之间作用力的施加。（2）在理论体系繁杂众多固液相之间相互作用机制中，确定适合本文研究的流固之间的作用机制，如拖拽力、压差力的形式。（3）结合MPI分布式并行、OpenMP共享内存的并行计算方法和一个进程之间共享内存的动态链接库，保证了模型自身与模型之间信息传递的效率。3、通过耦合算法的改进，运用流固耦合的框架模拟了水槽实验、真实泥石流和滑坡的动力学过程。主要包括单颗粒运动计算、溃坝侵蚀计算、水石流冲击桥墩计算和滑坡入水计算等几个案例，并且模拟结果与实验或野外观测结果具有较好的一致性。总体而言，基于深度积分连续介质与离散元方法的新的流固耦合模型是一种高效的数值计算方法，在一定程度上克服了传统CFD-DEM模拟计算效率低的弊端，其基于基底颗粒的迁移来计算侵蚀和沉积的过程比起传统的侵蚀率公式更具合理性。其很好得解决了单一介质方法和三维CFD-DEM方法在模拟流固耦合的地质现象时的不足，使大尺度的流固耦合地质灾害现象的计算模拟成为可能。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 110 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/33960]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地灾害与地表过程重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 安会聪. 基于Massflow与离散元的流固耦合研究[D]. 成都. 中国科学院大学. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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