[发明专利]管道含沙水流卵石运动CFD-DEM数值模拟参数确定方法

权利要求书

1.一种管道含沙水流卵石运动CFD-DEM数值模拟参数确定方法，包括以下步骤：

步骤1，卵石DEM直接物理特性模拟参数、含沙水流CFD直接物理特性模拟参数确定；卵石DEM直接物理特性模拟参数包括卵石与卵石之间摩擦系数μ^p-p、卵石与管道墙体之间摩擦系数μ^p-w、卵石与卵石之间恢复系数e^p-p、卵石与管道墙体之间恢复系数e^p-w、卵石密度ρ_p；含沙水流CFD直接物理特性模拟参数包括含沙水流的密度ρ_f、含沙水流的动力粘滞系数μ_f；采用休止角测定物理试验得到μ^p-p；采用三颗粒滑动物理试验得到μ^p-w；通过颗粒冲击物理试验获得e^p-w、e^p-p；通过质量体积法测定ρ_p和ρ_f；μ_f通过公式计算得；该公式中，清水动力粘滞系数μ单位为kg/(m·s)，浑水动力粘滞系数μ_f单位为kg/(m·s)，含沙水流的体积含沙量S_V的单位为无量纲，中值粒径d₅₀的单位为mm；

步骤2，卵石DEM系统模拟参数确定；卵石DEM系统模拟参数包括卵石与卵石之间阻尼系数β^p-p、卵石与管道墙体之间阻尼系数β^p-w；在步骤1确定的卵石与卵石之间恢复系数e^p-p、卵石与管道墙体之间恢复系数e^p-w基础上，通过公式和计算得到β^p-p和β^p-w；

步骤3，卵石DEM间接物理特性模拟参数确定；卵石DEM间接物理特性模拟参数包括卵石杨氏模量G_p和泊松比v_p；首先在卵石G_p、v_p的常见取值范围内选定G_p、v_p初值，建立单个卵石颗粒撞击卵石颗粒的DEM数值模型，然后赋值由步骤1、2已确定的参数ρ_p、μ^p-w、e^p-w、β^p-w、μ^p-p、e^p-p和β^p-p，同时进行相同尺度和工况下物理试验；在其他数值模拟参数不变条件下，在初步取值范围内调整G_p、v_p参数，当DEM数值模拟单颗粒卵石撞击后运动轨迹与物理试验结果最为一致时，得到G_p、v_p参数确切取值；

步骤4，管道边界DEM物理特性模拟参数确定；管道边界DEM物理特性模拟参数包括有机玻璃管道边界墙体的杨氏模量G_w和泊松比v_w；首先在有机玻璃管道G_w、v_w的常见取值范围内选定G_w、v_w初值，建立单个卵石颗粒撞击有机玻璃底板的DEM数值模型，然后赋值已确定的参数ρ_p、μ^p-w、e^p-w、β^p-w、μ^p-p、e^p-p、β^p-p、G_p和v_p，同时进行相同尺度和工况下物理试验；在其他数值模拟参数不变条件下，在初步取值范围内调整G_w、v_w参数，当DEM数值模拟单颗粒卵石撞击后运动轨迹与物理试验结果最为一致时，得到G_w、v_w参数确切取值；

步骤5，含沙水流CFD系统模拟参数和CFD-DEM交换项确定；含沙水流CFD系统模拟参数包括CFD湍流模型参数，CFD-DEM交换项包括基本项参数和细化项参数，所述基本项参数包括浮力和拖曳力，所述细化项参数包括压力梯度力、虚拟质量力、Basset力、旋升力和剪切升力；首先选定CFD湍流模型参数为模拟水流的湍流模型参数，然后基于步骤1、2、3、4所确定的参数μ^p-w、μ^p-p、e^p-w、e^p-p、ρ_p、ρ_f、μ_f、β^p-w、β^p-p、G_p、v_p、G_w和v_w，选定CFD-DEM交换项参数为基本项参数：浮力和拖曳力，建立水平管道含沙水流卵石运动CFD-DEM数值计算模型，同时进行相同尺度和工况下水平管道含沙水流卵石运动物理试验，在其他数值模拟参数不变条件下，在初步取值范围内调整CFD湍流模型参数，当CFD-DEM数值模拟管道卵石运动特征与物理试验结果最为一致时，得到湍流模型参数确切取值；若模拟结果偏差大，在上述步骤的基础上，增加细化项参数：压力梯度力、虚拟质量力、Basset力、旋升力和剪切升力。