黏塑性流体运动的二维浅水方程模拟.pdf

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1、第48卷第6期天津大学学报(自然科学与工程技术版)、，o1．48NO．62015年6月Journ~ofTianjinUniversity(ScienceandTechnology)Jun．2015D0I：10．1l784／tdxbz201310056黏塑性流体运动的二维浅水方程模拟杨小宸，张庆河(天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072)摘要：利用垂向平均浅水方程模型描述黏塑性流体的运动，并基于剪切流动区切应力分布与明渠均匀层流切应力分布相等的假定，推导了浅水方程中切应力项的摩阻系数表达式．建立了黏塑性流体运动平面

2、二维非结构化网格数值模型，空间离散采用有限体积法显式求解，时间积分采用具有二阶精度的Runge．Kutta格式求解．数值模型模拟结果与已有黏塑性流体流动实验结果进行了比较，二者有较好的一致性．关键词：黏塑性流体；二维浅水方程；摩阻系数；有限体积法；非结构化网格中图分类号：TV148．1文献标志码：A文章编号：0493—2137(2015)06．0520—07SimulationofViscoplasticFluidMotionThroughTwo—DimensionalShallowWaterEquationsYangXiaoche

3、n，ZhangQinghe(StateKeyLaboratoryofHydraulicEngineeringSimulationandSafety，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：Themotionofviscoplasticfluidwassimulatedusingverticallyaveragedtwo-dimensionalshallowwaterequations．Thefrictioncoeficientoftheshearstresstermintheeq

4、uationswasderivedbasedontheassumptionthattheshearstressdistributionofviscoplasticfluidinshearflowregionequalstothatofuniform1aminarflowofNewtonianfluidintheopenchanne1．Atwo-dimensional，unstructured—gridshallowwaternumericalmodelforviscoplasticfluidwasdeveloped．Theexpli

5、citschemeoffinitevolumemethodwasemployedforthespatialdispersion，andthetimeintegrationwasperformedbythesecondorderRunge—Kuttaschemes．Themodelwasvalidatedbyanexperimentofviscoplasticfluidflowandthenumericalresultsexhibitreasonableagreementwithmeasureddata．Keywords：viscop

6、lasticfluid；two—dimensionalshallowwaterequations；frictioncoeficient；finitevolumemethod；unstructured-grid淤泥质河口海岸地区，常常会在近底部形成一层浮泥运动的空间尺度看，由于浮泥主要集中于床面附具有流动性的高浓度含沙水体，当其浓度达到一定程近，其平面尺度远大于垂向尺度，因此，采用浅水方度时就会形成浮泥．浮泥的存在对于港口航道淤积、程求解浮泥运动是一种比较合理的方法．河口海岸环境和港口管理等方面都有重要影响．因采用浅水方程来描述黏塑性

7、流体运动，需要通过此，通过数值模拟描述浮泥的流动对于预测航道淤积方程中的摩阻项来体现黏塑性流体复杂流变特性的和港口航道整治具有重要的意义．合理描述浮泥流影响．Laigle和Coussot[、Martinez[121通过相对剪切动需要建立水体一浮泥双层运动模型，而其中的关键率和流变参数求解摩阻项．Odd和CooperJ、之处是如何描述底部浮泥的流动过程．Winterwerp等们、Wang等¨和Canestrelli等[13]都是由于浮泥往往可以看作黏塑性流体]，因此，建通过引入摩阻系数表示摩阻项，但其中摩阻系数的取立黏塑性流体运动模型

8、来模拟近底部浮泥的运动具值则往往由经验确定．因此，在采用二维浅水方程求有实际意义．目前对于黏塑性流体的模拟包括求解解黏塑性流体运动的数值模型中，如何合理地确定摩N—s方程]、求解浅水方程[1,9-13及其他方法H]．从阻系数仍是目前有