[发明专利]考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法

说明书

本发明公开了一种考虑颗粒形状的CFD‑DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，包括步骤：确定DEM模块中试样的颗粒形状参数，用等效球形直径法计算非球形颗粒粒径；在DEM模块中配置至少两个预设空间，并采用分层压实法在预设空间中生成试样；其中，相邻两个预设空间之间采用实心板；在CFD模块中建立流体模型；对DEM模块中的耦合模块与CFD模块进行双向耦合，并且将试样两端实心板替换成孔隙板，耦合计算模拟渗流侵蚀破坏的过程。通过离散元建立非球形颗粒的试样，与CFD模块进行双向耦合计算，从宏微观角度能够更进一步研究颗粒与流体相互作用的机理，考虑了颗粒形状对渗流侵蚀破坏的影响，准确性更高，更加贴切于工程实际。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及的是一种考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法。

背景技术

渗流侵蚀破坏是指在流体作用下，细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中运输或流失。这是一个流体-颗粒相互作用的复杂过程，会影响土工结构的耐久性和稳定性，是堤坝和地下管线发生破坏的最常见原因之一，因此其相关研究在水利岩土工程领域具有重要意义。

目前模拟渗流侵蚀的方法主要有有限元法和CFD-DEM方法等，有限元法虽然在宏观上模拟连续体变形方面具有优势，但难以捕获微观的接触组构和接触力组构的变化。

采用CFD-DEM方法能研究与颗粒有关的力学及流体动力学特性，有助于进一步研究流体-颗粒相互作用系统问题，具有良好的发展前景。

现有技术中，使用CFD-DEM方法进行数值模拟采用球体模拟颗粒形状，然而尚未考虑到颗粒形状对流固耦合作用结果的影响，造成准确性较低。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，旨在解决现有技术中未考虑到颗粒形状对流固耦合作用结果的影响，造成准确性较低的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其中，包括步骤：

确定DEM模块中试样的颗粒参数；其中，所述颗粒参数包括：形状参数、材料参数以及粒径参数，所述粒径参数采用等效球形直径的方法得到；

在所述DEM模块中配置至少两个预设空间，并采用分层压实法在所述预设空间中生成所述试样；其中，相邻两个所述预设空间之间采用实心板；

在CFD模块中建立流体模型；其中，所述流体模型的尺寸覆盖所述试样的尺寸；

对所述DEM模块中的耦合模块与所述CFD模块进行双向耦合，并且将试样两端实心板替换成孔隙板，耦合计算模拟渗流侵蚀破坏的过程。

所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其中，所述确定DEM模块中试样的颗粒参数，包括：

根据试样的初始级配曲线，依据不同的颗粒粒径在DEM模块中建立不同的Particle子模块，在每个所述Particle子模块中确定相应的颗粒形状类型，进而确定颗粒的形状参数；

在所述Particle子模块中的颗粒尺寸类型中确定颗粒的粒径参数。

所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其中，所述形状参数包括：细长比、棱角数、光滑度中的一种或多种；

所述材料参数包括：密度、杨氏模量、泊松比中中的一种或多种。

所述的考虑颗粒形状的CFD-DEM模拟渗流侵蚀破坏的方法，其中，所述采用分层压实法在所述预设空间中生成所述试样，包括：