潰壩問題研究主要以歷史資料統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)值模擬為主，而潰壩在數(shù)值分析領(lǐng)域也成為了一個(gè)十分經(jīng)典的案例，本文將使用積鼎 通用流體仿真軟件VirtualFlow 模擬二維的潰壩流動(dòng)。
本案例為二維算例，其中計(jì)算域的長(zhǎng)為3.22m，高1.8m，水相的長(zhǎng)為1.2m，高為0.6m，位于計(jì)算域左下角。同時(shí)在計(jì)算域底部距左端2.725m處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)H1監(jiān)測(cè)自由液面的高程，具體的幾何和計(jì)算域如圖 1.1所示。
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圖 1.1幾何與計(jì)算域示意圖
網(wǎng)格劃分現(xiàn)有一套網(wǎng)格，網(wǎng)格一在x方向劃分成161份，增長(zhǎng)率為1，尺寸上限為1，最小尺寸為0.02m；y方向劃分成90份，增長(zhǎng)率為1，尺寸上限為1，最小尺寸為0.02m；z方向劃分為1份，增長(zhǎng)率設(shè)為1，比尺上限設(shè)為1，最終網(wǎng)格總數(shù)為14490，具體參數(shù)可見表 1.1。網(wǎng)格一劃分的示意圖如圖 1.2所示。
表 1.1 網(wǎng)格信息表
注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)字分別對(duì)應(yīng)網(wǎng)格劃分份數(shù)、增長(zhǎng)率和比尺上限
圖 1.2 網(wǎng)格劃分示意圖
其中材料屬性如表 1.2所示
表 1.2 材料屬性
對(duì)于各邊界的類型和具體邊界條件如表 1.3所示。
表 1.3 邊界條件
求解過程的參數(shù)設(shè)置和停止條件見表 1.4。
表 1.4 求解參數(shù)和停止條件
初始場(chǎng)的設(shè)置如表 1.5所示。
表 1.5 初始場(chǎng)設(shè)置
多相流模型使用Level-set模型參數(shù)為默認(rèn)值。
本次將選擇與Andrea Colagrossi和Maurizio Landrini[1]文章中使用SPH方法所做數(shù)值模擬的結(jié)果作對(duì)比如圖1.3所示。
t0=1.66
t0=2.43
t0=4.81
t0=5.72
t0=6.17
t0=7.37
圖 1.3 VirtualFlow與Andrea Colagrossi等人結(jié)果對(duì)比圖
將H1監(jiān)測(cè)點(diǎn)的結(jié)果與Andrea Colagrossi等人SPH方法的結(jié)論和Zhou[2]等人的試驗(yàn)測(cè)量值的對(duì)比結(jié)果如圖1.4所示。
圖 1.4 H1監(jiān)測(cè)值對(duì)比圖
VirtualFlow軟件準(zhǔn)確模擬了二維潰壩水流的發(fā)展。從上述圖中可以看出VirtualFlow計(jì)算的自由液面與Colagrossi等人用SPH方法計(jì)算的結(jié)果吻合良好；并且H1監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也與SPH方法和試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，表明VirtualFlow處理計(jì)算界面流的可靠性。
[1] COLAGROSSI A, LANDRINI M. Numerical simulation of interfacial flows by smoothed particle hydrodynamics[J/OL]. Journal of Computational Physics, 2003, 191(2): 448-475. DOI:10.1016/S0021-9991(03)00324-3.
[2] ZHOU Z, DE KAT J, BUCHNER B. A nonlinear 3-D approach to simulate green water dynamics on deck[J]. 1999.
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