31 / 2022-07-29 10:34:15

浅水泥沙两相流数学模型在长江航道的初步应用

水沙两相流模型,拟单相流模型,并行技术,新九河道

长江上游砂卵石段的水沙输运过程以及中下游由于水流切割边滩引起的底沙输运过程均呈现推移质输运的特征，即泥沙运动速度小于水流速度。以往的水沙数学模型受限于计算机的发展，忽略了水沙之间的速度差异。因此，本文提出了一套考虑水沙速度差异的浅水泥沙两相流数学模型，分开求解泥沙和水流的控制方程，同时运用高性能并行计算技术以及局部时间步长技术，提升模型的计算效率。本文将该模型运用于长江中下游新九水道的数值模拟计算中，发现如下结论：（1）两相流模型能复演河道的演变过程，并与传统拟单相流模型达到了同样的计算精度（计算冲淤误差小于20%）；（2）在相同条件下，两相流模型的计算成本相较于拟单相流模型会增加3-10倍，但相对于高性能并行计算带来的效率提升（MPI+LTS条件下提升190倍），仍可以满足长江航道时效性的需求（十万网格下计算一年河道的冲淤需5天）。