[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

说明书

本发明涉及一种水工数学模型的参数确定方法，具体涉及一种管道含沙水流卵石运动CFD‑DEM数值模拟参数确定方法，属于水利工程领域。本发明首先通过物理力学试验、经验和理论公式等途径直接测定卵石、含沙水流的直接物理特性参数；随后在此基础上，采用颗粒冲击底板、管道排沙等数值模拟与物理试验相结合的手段，校核得到无法直接率定和物理意义不明确的系统模拟参数。CFD‑DEM数值模拟涉及的所有参数取值均有依有据，能够确保所建立的CFD‑DEM数值模拟结果正确性，且参数确定次序明确，确定方法简单有效。

技术领域

本发明涉及一种水工模型的参数的确定方法，具体涉及一种管道含沙水流卵石运动CFD-DEM数值模拟参数确定方法，属于水利工程领域，其IPC分类号为E02B 1/00。

背景技术

近年来管道输送在工程领域应用越来越广泛，例如水库清淤管道排沙、河流湖泊疏浚工程等。就水库而言，中小型水库人工清淤常用方式有绞吸式挖泥船清淤、管道排沙等。绞吸式挖泥船利用绞刀等机械设备绞松疏浚区内淤积体，使得水、泥、石等混合形成泥浆，然后通过管道输送至指定区域。管道排沙是利用压缩空气或上、下游水位差作为动力将库区原状淤积物吸入排泥管道输送至库外。

山区型水库库尾及变动回水区的淤积体内往往含有大量的卵石，上述几种人工清淤措施作业时经常会将大量卵石吸入管道。卵石进入管道后，不仅增大水流能量损失，而且因其运动速度明显小于管道内含沙水流流速，往往不能及时随浑水排出管外，易在逆坡、弯折管段处堆积，降低管道排沙系统的输送效率。

为了揭示管道含沙水流卵石运动机理以提高排沙管道输送效率，一些学者采用基于Eulerian描述方法的计算流体力学法CFD(Computational Fluid Dynamics)获取含沙水流运动全过程中流场结构和流态演化特征，同时采用基于Lagrangian描述方法的离散单元法DEM(Discrete Element Method)连续追踪卵石固体颗粒的运动轨迹。CFD-DEM数值模拟技术为研究管道含沙水流卵石运动机理提供了新的有利途径。

然而，管道含沙水流卵石运动CFD-DEM数值模拟技术涉及参数较多，一些为含沙水流和卵石的物理特性参数，可直接测定选取；一些为模拟系统参数，其物理意义并不十分明确，无法直接测定选取；一些参数需在其他参数确定的基础上通过理论公式计算得到。若数值模拟参数取值不当，数值模拟结果势必产生较大误差。但是，目前还没有一套客观、完整、有效的管道含沙水流卵石运动的CFD-DEM数值模拟参数确定方法。

以下给出检索出的涉及CFD-DEM数值模拟的相关文献：

[1]江恩惠，赵连军，张红武.多沙河流洪水演进与冲淤演变数学模型研究及应用[M].郑州：黄河水利出版社，2008.

[2]Kermani E，Qiu T，Li T.Simulation of collapse of granular columnsusing the discrete element method[J].International Journal of Geomechanics，2015，15(6)：04015004.

[3]Yang D，Xia Y，Wu D，et al.Numerical investigation of pipelinetransport characteristics of slurry shield under gravel stratum[J].TunnellingUnderground Space Technology，2018，71：223-230.

[4]Huang S，Shu Y L，Zhou J J，et al.Numerical simulation for solid-liquid two-phase flow in discharge pipeline and flange connection by CFD-DEMcoupling[J].Machine ToolHydraulics，2017，45(12)：1-6.