基于Fluent的粗糙单裂隙水流数值模拟研究

《基于Fluent的粗糙单裂隙水流数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于Fluent的粗糙单裂隙水流数值模拟研究摘要地下水资源是我国水资源的重要组成部分，特别是北方地区，裂隙岩溶水成为工农业生产和人民生活的重要供水水源。然而，由于不合理的过量开采，垃圾填埋、以及核废料深层地质贮存等活动，产生了一系列的水资源、水环境地质负面问题。因此，开展裂隙岩溶水环境模拟研究对地下水资源的可持续开发、利用和保护具有重要的指导意义。目前国内外对裂隙水的运动规律研究还处于理论与试验探索阶段，研究手段有待丰富，研究程度也亟需深入。本文得到国家自然科学基金项目“基岩裂隙中溶质(污染物)Non．Fickian运移试验与模拟

2、研究(40872166)”的资助，对粗糙结构不同的单裂隙模型中水流的运动规律进行了一些探讨。利用数学模型对裂隙水流进行模拟的方法以其有效性、灵活性和相对廉价性成为裂隙水研究领域的一种重要方法。本文在总结国内外地下水流数值模拟研究现状的基础上，利用计算流体动力学Fluent软件，建立了三种不同粗糙结构下(矩形、三角形和正弦曲线形)的粗糙单裂隙二维模型，对比了不同水流模型的计算精度，选取最优模型模拟了各裂隙模型中的流场分布情况，并对流场规律进行了分析，得出如下结论：1)Fluent软件中的Laminar模型、标准k-￡模型、RNGk-

3、￡模型和Spalart．Allmaras模型均可应用于模拟粗糙裂隙水流场。但标准k吨模型计算精确和收敛速度较快，是模拟粗糙裂隙水流的最优模型。2)在粗糙裂隙中，传统的Darcy定理不再适合描述水流特征，流速1，与水力梯度，不再是线性关系而是指数型关系，局部立方定律(LCL)也不再适用。3)不同结构的粗糙裂隙中，粗糙物对水流运动的影响程度不同。起伏变化平缓的粗糙物对水流的影响较小，正弦曲线形裂隙对水流运动的影响最小，三角形裂隙次之，矩形裂隙对水流运动的影响最大。4)粗糙单裂隙中，随着裂隙相对粗糙度的增加，紊流现象愈加明显。修正的LC

4、L模型中m值的大小与相对粗糙度有关，相对粗糙度越小，即壁面越光滑，m值越接近于1；此外粗糙物的形态也是影响m值的重要因素之一，裂隙粗糙物起伏变化越明显，m值越小。5)修正的LCL模型中，指数n值随着水流速度的增加而增加，且在非吻合粗糙裂隙中n值大于3，单宽流量与平均隙宽之间是超立方关系，在吻合粗糙裂隙中n值小于3，单宽流量与平均隙宽之间是次立方关系；粗糙物的形态对n值也有影响，相比矩形、三角形粗糙裂隙，正弦曲线形粗糙裂隙的n值要更加接近于3，因为其壁面起伏变化较平缓，对水流影响相对较小。6)粗糙单裂隙中，由于粗糙物的尺度变化使隙宽

5、产生突变时，水流易发生回流现象，回流程度与粗糙物的形态及流速有关。流速相同时，粗糙物起伏变化大，回流现象明显，回流区域面积也增大。关键词：地下水单一裂隙粗糙度Fluent水流形态NumericalSimulationStudyofFlowinSingleRoughFracturesBasedonFluentABSTRACTGroundwaterresourceiSallimportantpartofwaterresourcesinChina．Especiallyinthenortharea,fracturegroundwaters

6、ervedasthesignificantwatersourceofagricultureandcivilliving．However,duetotheactivitieslikeinappropriateutilization,garbagelandfillanddeepreservingofradioactivewastes，aseriesofnegativeeffectemergedintheaspectofwaterrecourse，waterenvironmentandgeologyenvironment．Therefo

7、re，researchesonmodelingandsimulationofgroundwaterenvironmentplayanimportantrolefortheconservationandsustainableutilizationofgroundwater．InChina,Thestateofresearchesonthefractureflowmovementgoesatthestageoftheoreticandexperimentalexploration．Thestudyneedtobedeepened，an

8、dthemethodsshouldvaried．Supportedbytheproject‘‘ResearchontheexperimentandsimulationofsoluteNon-Fickiantransportinrockfractur