颗粒物质流动现象在泥石流和雪崩等自然灾害中广泛存在，发展能高效模拟这些自然流动的数值模型具有重要的工程意义。本文基于三维连续介质模型和VOF方法(Volume of Fluid Model)，将颗粒相视为非牛顿流体，并采用μ(I)本构模型，构建了描述稠密颗粒流的非牛顿两相流数值模型。通过模拟颗粒柱坍塌过程的二维和三维算例，发现本文数值模型对于较低高宽比的颗粒柱坍塌全过程预测效果较为良好，而对于较高高宽比的颗粒柱，坍塌过程中流动前缘向前运动更快，但最终堆积形状以及流动停止时间均与实验结果吻合较好。进一步将该模型应用于预测陡峭地形上颗粒流流过单半球和三半球结构物的过程，数值模拟获得的测点深度随时间变化曲线以及最终堆积剖面均与实验结果吻合良好。以上结果表明本文发展的稠密颗粒流的非牛顿多相流数值模型能够较好地表征含有复杂边界限制条件下颗粒物质的流动和堆积过程，能够为实际工程灾害预测评估提供重要参考。
发表评论