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《重庆大学》 2012年
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泥石流动力特性的数值模拟研究

苟印祥  
【摘要】:泥石流是一种常发生在山区的自然灾害,泥石流也是一种十分活跃的现代动力地貌过程,是植被发育不良的山区水土流失非常严重下的产物,是一种宽级配、高浓度的性质变化很大的多相非均质流体。人类同泥石流灾害的斗争可以说是与生俱来,随着人类活动向山区进一步延伸,泥石流的问题也越来越突出和尖锐,人类对泥石流的研究也逐步深入。泥石流研究的主要内容包括:泥石流的产生机理、预测预报以及防治区划;泥石流灾害的危险性评价及治理设计;泥石流流体的流变模型研究以及模型试验研究;泥石流的数值分析研究等方向。 泥石流数值分析一般是采用基于有限体积法的CFD软件建立相关模型进行研究的,本文所研究的主要内容和成果如下: 1)探讨了泥石流的数值分析的理论基础即计算流体动力学的相关理论和利用计算流体动力学理论通过数值分析求解一般流场数据的方法和流程,以及基于计算流体动力学的泥石流一维、二维、三维模型和泥石流多相流的模拟方法。 2)针对不同性质泥石流流体具有不同的流变特征现象,分析讨论泥石流各种流变模型研究成果,并将宾汉体模型作为泥石流流变特征的数值模拟模型。然后分析研究了针对泥石流数值模拟中网格划分、网格质量评价、求解控制参数的设置方法等泥石流数值分析所涉及的几个关键问题。 3)以四川省绵竹市走马岭沟特大泥石流灾害及防治工程为例,采用基于有限体积法的CFD软件CFX,对泥石流流体采用宾汉体模型,建立三维几何模型,确定泥石流的初始条件和边界条件,建立控制方程,采用合理的控制参数等,模拟计算了走马岭泥石流的速度、压力、泥深等流场数据。然后将数值计算得出的流场数据导入有限元软件ANSYS中进行流固耦合计算,从而得出泥石流的流场变化与拦砂坝的相互作用关系,拦砂坝的安全系数及其影响因素,为泥石流的防治工程的方案选择以及防治规划设计提供参考。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P642.23

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