基于动网格的物体下沉运动的二维数值模拟

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1、第47卷第1期港工技术Vol.47No.12010年2月总第192期PortEngineeringTechnologyFeb.2010Total192基于动网格的物体下沉运动的二维数值模拟李霞，陈徐均，孙芦忠，于伟（解放军理工大学工程兵工程学院,江苏南京210007）摘要：为精确求解流固耦合问题中物体大幅度运动时的受力情况和运动轨迹，采用基于任意拉格朗日-欧拉方法（ArbitraryLagrangianEulerian）的动网格技术，计算水气两相粘性流体中下沉物体的运动规律，并与模型试验的结果进行对照。结果表明，数值模拟所得物体的下沉轨迹和速度与模型试验吻合

2、较好，从而验证了程序的可靠性和精度，可用于实际的溃坝堵口组件运动的数值模拟。关键词：计算流体力学；模型试验；流固耦合；动网格；下沉体中图分类号：O368；O359.1文献标志码：A文章编号：1004-9592（2010）01-0004-042DNumericalSimulationofDroppingBlackLocomotioninCurrentBasedonDynamicGridMethodLiXia，ChenXujun，SunLuzhong，YuWei（EngineeringInstituteofEngineeringCrop,PLAUniv.ofSc

3、i.&Tech.,NanjingJiangsu210007,China）Abstract：Inordertoobtaintheforceandtrackoftheblockwhichisdroppinginthefluid,theALE（ArbitraryLagrangianEulerian）dynamicgridmethodisadopted.Thelocomotionoftheblockmovingintheviscoustwophaseair-waterfluidiscomputedwithaCFD（ComputationalFluidDynamics

4、）methodandcomparedtotheresultsgainedfromthemodelexperiment.Theresultsshowthatthedroppingtrackandvelocityofnumericalsimulationisinagreementwiththatofmodelexperiment,whichvalidatesthereliabilityandaccuracyofalgorithmandprogram.Whichprovideagoodapproachtothenumericalsimulationoflocomo

5、tionofclosurematerialsofdambreak.Keywords：CFD；modelexperiment；fluidstructureinteraction；dynamicgrid；droppingblock[5]在抛石筑坝、溃坝堵口等工程中，考虑块体或相对水深位置影响拖曳力的计算公式；毛伟通过组件的挡水性、抗冲性、稳定性等，需要获知块体试验得到2个块体间相互影响后块体拖曳力与间[6]所受的水流作用力。而水流中块体受力的影响因距的关系；韩世娜测量并研究了在水流作用下空素很复杂，在块体受力理论分析中常用的绕流阻[7]心块体的水平拖曳力。但以上

6、所测的拖曳力均是力系数、升力系数等往往缺乏相应的计算公式和在块体静止不动的情况下得到的，而目前尚未见理论依据。目前，在整治工程和截流工程中抛筑的到有关运动块体在水流中作用力的试验测量或数各种形状的块石、土工系统、混凝土体及合金钢丝值模拟的报道。笼等，其受力的推算大多属于工程经验和定性描依据流体力学理论，块体在水流中静止时所受述，缺少严格的理论论证，导致选择应用工程措施压力与运动时所受动水压力存在很大差别。本研[1-4]时缺乏科学依据。究针对均匀来流中下沉块体受力及其轨迹进行二庞启秀针对长方体提出考虑不同块体形状和维数值模拟。收稿日期：2009-04-13修回

7、日期：2009-10-131控制方程与数值算法基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目（2006BAC14B02）;1.1流体的运动控制方程国家自然科学基金资助项目（10772197）对于物体从空气沉入水底的运动，可以将流体作者简介：李霞（1982-），女，博士生，主要从事水利工程与计算流体力学方面的研究。视为不可压流体，从而满足连续性方程第1期李霞，等：基于动网格的物体下沉运动的二维数值模拟·5·△·V=0；（1）相应地对壁面采用半经验的非平衡壁面函数。重力作用下，无粘流体的运动方程为1.4下沉体的运动方程坠V△△控制下沉体平动的方程满足牛顿第二定律，控+

8、（V·）V=-P/ρ+gz。（2）坠t制其转动的