基于CFD-DEM耦合的富水卵石地层中渗流的数值模拟

发布时间：2022-10-04 12:20

　　富水卵石地层中水下开挖是近几年来北京地铁修建遇到的新工况,这种工况的出现为地铁的修建增添了不少难题,尤其是在如何有效控制地下水和水下支护方面。该工况中的粗颗粒渗流可以视作一种特殊的固-液两相流,因而本文根据CFD-DEM耦合建立了Python-PFC3D耦合程序来对这种工况进行模拟。在建立Python-PFC3D耦合程序过程中,本文分别对固、液两相控制方程及其相互作用力进行了分析,重点对颗粒上的作用力进行了分析和选取,并探讨了NavierStokes方程的求解方法。在建立Python-PFC3D耦合程序之后,本文通过单个颗粒在静态流体中沉降、颗粒材料在低雷诺数多孔流中运移和颗粒材料通过漏斗堆积三个实例对其进行验证,目的在于证实本文所建立耦合程序在单颗粒和多颗粒情况中模型的准确性和拟真性。通过对比得出,本文所建立的固-液耦合模型得出的结果在趋势上与案例给出结果相同,在数值上与案例相差较小,因而本文所建立的Python-PFC3D耦合程序能够对实际工况中的现象进行模拟。在验证Python-PFC3D耦合程序准确性之后,本文对地铁车站中富水卵石地层渗流进行了数值模拟。通过建立地连墙底颗粒-流... 

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 渗流计算研究现状
        1.2.2 两相流方法研究现状
    1.3 本文研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 固-液两相耦合模拟软件
    2.1 CFD方法模拟软件
    2.2 DEM模拟软件
    2.3 耦合方案的选择及原理
    2.4 小结
3 固-液两相数学模型的建立及耦合
    3.1 固相颗粒模型的选取及控制方程的建立
        3.1.1 固相颗粒控制方程的建立
        3.1.2 固相颗粒在液相流体中的受力情况
        3.1.3 固相颗粒接触模型的选择
    3.2 液相流体模型的建立和控制方程的求解
        3.2.1 液相流体模型以及控制方程的建立
        3.2.2 液相控制方程的求解——SIMPLE算法
        3.2.3 常用的几种边界条件
    3.3 CFD-DEM耦合程序的实现
    3.4 小结
4 耦合程序在基准问题中的验证
    4.1 单个颗粒在静态流体中沉降的验证
        4.1.1 案例情况描述
        4.1.2 固相模型中参数的设置
        4.1.3 计算结果及其分析
    4.2 颗粒材料在低雷诺数多孔流中运移的验证
        4.2.1 案例情况描述
        4.2.2 耦合模型中参数的设置
        4.2.3 耦合计算结果及其分析
    4.3 颗粒材料通过漏斗堆积的验证
        4.3.1 案例情况描述以及模型参数设置
        4.3.2 耦合计算结果及其分析
    4.4 小结
5 粗颗粒在渗流场中的数值模拟
    5.1 粗颗粒在渗流场中的模拟参数设置
    5.2 粗颗粒在渗流场中的耦合模拟结果展示及分析
        5.2.1 入口面压力对模拟结果的影响
        5.2.2 墙底距隔水层厚度对模拟结果的影响
    5.3 小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献



本文编号：3685017