[发明专利]一种强耦合固液多相流数值模拟方法

权利要求书

1.一种强耦合固液多相流数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过物理力学分析确定固相与液相受力特征，并将所述固相与所述液相的受力特征写入数值模型；

获取待测山地的地形数据与物源数据，并通过网格坐标转化(x，y，z，h)四维网格数据；其中，(x，y)为所述四维网格数据内各点相对于固定参考点的相对经纬距离，z为各点上的地形高程值，h为物源高程值；

定义所述待测山地的相间粘性拖曳力、虚拟质量力，获取所述待测山地的沟道启动、运动、堆积位置信息，构建守恒向量模型、固液相间作用力模型、浮力模型、粘性托曳力模型、虚拟质量力模型、多相流模型、液相底床摩阻力模型，进行强耦合固液多相流数值模拟；其中，

所述守恒向量模型为：

其中，g为重力加速度，h_s、h_f分别为固液两相的高度，u_s、v_s

分别为固相在x、y方向上分量，u_f、v_f分别为液相在x、y方向上分量，T_sx、T_sy分别为固相相底床摩阻力在x、y方向上的分量，T_fx、T_fy分别为液相相底床摩阻力在x、y方向上的分量，f_ix、f_iy分别为固液相间作用力在x、y方向上的分量，U、F(U)、G(U)、S均为向量，为向量U对时间t作偏导数，为向量F(U)对x作偏导数，为向量G(U)对y作偏导数；

所述固液相间作用力模型为：

f_i＝f_b+f_d+f_VM；

其中，f_b为流体静力学浮力，f_d、f_VM分别代表粘性托曳力、虚拟质量力；

所述浮力模型为：

其中，τ_s为固相底床摩阻力矢量，μ为底床摩擦阻力系数，为有效重度，ρ_s为固相密度，ρ_f为液相密度；

所述粘性托曳力模型为：

h_d＝h_s+h_f；

其中，C_d为固液相间动量交换系数，为固相速度矢量，为液相速度矢量，h_d为多相流流体高度，h_s、h_f分别为固、液相物质高度，U_T为单个颗粒在环境流中的下沉速度，分别为固相、液相体积分数，γ为液相和固相密度之比，P为(0,1)间无量纲固定值，用于衡量液相及固相对拖曳力的影响大小，R_ep为颗粒尺度雷诺数，F(R_ep)、G(R_ep)为R_ep的相关函数、代表其固相和液相分别对拖曳力系数的影响，M(R_ep)为雷诺数的一个函数；

所述虚拟质量力模型为：

其中，C_VM为虚拟质量力系数，t为时间；

所述多相流模型为：

T_s＝ρ_sμ(K)gh_s；

其中，T_s为固相摩阻力，μ₁、μ₂分别为固相颗物质粒在准静止、高速剪切状态下的内摩擦角，K₀为无量纲常数，K为惯性粘性数，μ(K)为K的函数，I_s为颗粒惯性数，J为颗粒粘性数，∈为无量纲参数，为深度平均剪切率，P_s为固相颗粒物质底床静压，η_f为液相粘度；

所述液相底床摩阻力模型为：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数值模型的控制方程为基于非可压纳维叶－斯托克斯方程通过深度积分法简化得到的浅水波方程。