静水中泥沙云团运动的数值模拟

采用k-ε-kP湍流模型和动理论模型对有限水深静水中泥沙云团的运动进行了数值模拟,模型不仅考虑了湍流效应,而且涉及颗粒碰撞作用,尤其是水沙间的相互作用,可有效地避免单流体模型在模拟高浓度泥沙云团时引起的失真。使用有限体积法,通过相间作用力耦合求解控制方程组,其中扩散项采用中心差分,对流项采用二阶迎风格式,源项用Gauss-Seidel迭代法求解。数值计算结合物理试验表明,泥沙云团的运动可分为加速下落、分离扩散和水平扩展三个阶段,各阶段的云团面积、浓度变化及前锋速度存在显著差异。计算还揭示,固液两相间的速度差及云团下沉诱发的受迫环流是影响泥沙云团运动的主要因素。计算结果无论从定性特征还是定量关系上都与试验数据吻合一致,表明该双流体模型模拟高浓度泥沙云团的有效性,从而可用于抛泥工程的规划和环境影响评价。