基于FLUENT数值模拟的滑坡涌浪分析

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库区滑坡涌浪仿真数值模拟及结果分析

迹基本上呈北西、近东西向展布，地形地貌、地层岩性、）中摩阻力的轴向分量如下式所述：
￥ｂｘ
＝
地
（４）
现象等均受到地质构造的影响或控制。由于水库岸坡工程地质条件较差，尤其是纵向河谷的顺坡段，岸坡稳定性极差，滑坡十分发育，最为突出的有两段：一是近坝址库岸；二是水库中段一带，
位于外缘的原剥落部分的中问部分已经坍计算进去，误差范围较大，而潘家铮法需要首先估算滑坡滑速，继面外缘部分坍塌下来，下游部分继续向河床滑移且裂缝不断扩展。由于受滑坡体影而考虑岸坡对波浪反射影响的计算方法。全部涌浪过程可视为塌，
一
距离后缘约４０ｍ左右的高压输电线铁塔也产生微量的顺坡系列原点所产生的小波的迭加，而每个小波成分不是孤立波，响，向倾斜。以涌浪形式并以固定波速在水面传播 ’ 。为了克服以上计算方法的缺点，提高计算精度，并使得波浪２滑坡涌浪模拟结果及分析
ｄ￡＋ａ＋ａ＋ｓｕａ＝一Ｆｄ￡＋ａ＋ａ＋ｇ＝一ｖｕａ
２５．８亿ｉｎ，为河道型水库。水库库岸出露的地层主要有：寒武一奥陶系洞河群，以硅质板岩、灰岩、千枚岩为主；志留系下统（下部
・
８６・
第４０卷第２９期２０１４年１０月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ１．４０Ｎｏ．２９

基于Fluent的水气两相流的数值模拟

大小极为接近。
而在上部增加幅度较大。每个断面掺气浓度变化特性是自渠底向水面逐渐
增加。３．２流速分布
气使气体边界对水流速度的影响深入
到了水流内部。
３－３紊动能
定额管理的用水管理模式按照用途
实行定额管理，推行科学计量、按量收
费管理．通过计量收费．提高群众节水
自觉性同时．以县为单位逐步建立农业灌溉监测系统．加强农业用水监控．
费．改变灌溉设施有人用、无人管和大水漫灌的浇地方式。引导农民群众参与灌溉工程的建设与管理．积极组建农民用水户协会，实行自主管理、科学用水、计量收费．确保灌溉工程良性运行。口
１一下游６ｍ．２－下游９ｍ．
不同断面的分布图
１一下游６ｍ．２－下游９ｍ．
３一下游１３ｍ．４一下游１５ｍ
一
４．结论
３一下游１３ｍ．４一下游１５ｍ
是本文采用Ｆ１ｕｅｎｔ软件中的紊
参股、市场运作、社会融资等多渠道筹集资金开发建设集镇供水企业。鼓励发展农村民营水利．引导群众自主解决零散村庄的饮水不安全问题．真正形成互利多赢的局面。口

fluent的一个实例(波浪管道的内部流动模拟).

基于FLUENT 的波浪管道热传递耦合模拟CFD 可以对热传递耦合的流体流动进行模拟。

CFD 模拟可以观察到管道内部的流动行为和热传递，这样可以改进波浪壁面复杂通道几何形状中的热传递。

目的：（1）创建由足够数量的完整波浪组成的波浪管道，提供充分发展条件；（2）应用周期性边界条件创建波浪通道的一部分；（3）研究不同湍流模型以及壁面函数对求解的影响；（4）采用固定表面温度以及固定表面热流量条件，确定雷诺数与热特性之间的关系。

问题的描述：通道由重复部分构成，每一部分由顶部的直面和底部的正弦曲面构成，如图。

图1 管道模型空气的流动特性如下：质量流量： m=0.816kg/s; 密度: ρ=1kg/m 3;动力粘度：μ=0.0001kg/(m ·s); 流动温度： Tb=300K ；流体其他热特性选择默认项。

流动初试条件：x 方向的速度=0.816m/s ；湍动能=1m 2/s 2;湍流耗散率=1×105m 2/s 3。

所有湍流模型中均采用增强壁面处理。

操作过程：一、完整波浪管道模型的数值模拟（1）计算Re=u H/v=0.816×1/ (0.0001/1) =8160Cf/2=0.0359Re -0.2=0.0359× (8160)-0.2=0.00592590628.00059259.0816.02=⨯==f t C u uy +=u t y/v y=0.00159（2）创建网格本例为波浪形管道，管道壁面为我们所感兴趣的地方所以要局部细化。

入口和出口处的边界网格设置如图。

图2 边网格生成面网格图3 管道网格（3）运用Fluent进行计算本例涉及热传递耦合，所以在fluent中启动能量方程，如图。

图4 能量方程设定条件，湍流模型选择标准k-e模型，近壁面处理选择增强壁面处理。

图5 湍流模型设定材料，密度为1，动力粘度改为0.0001如图。

图6 材料设定设定边界条件，入口速度为0.816，湍动能为1，湍流耗散率为100000。

水库滑坡涌浪的数值模拟

ＭａｔｅｒｉａｌＦａｉｌｕｒｅＭｏｄｅｌｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６６２２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｎｄｓｌｉｄｅｓｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒｍａｙｇｅｎｅｒａｔｅｉｍｐｕｌｓｅｗａｖｅ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｐａｇａｔｅｓｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｔｈｒｅａｔｅｎｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｄａｍｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅａｒｉｇｉｄｂｏｄｙｆａｌｌｉｎｇｉｎｔｏｗａｔｅｒｖｅｒｔｉｃａｌｌｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｙｐｉｃａｌＳｃｏｔｔＲｕｓｓｅｌｌ’ｓｗａｖｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｕｓｉｎｇｔｈｅｐｏｐｕｌａｒＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅＦＬＵＥＮＴ．Ｔｈｅｆｌｕｉｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｎｅａｒｆｉｅｌｄａｎｄｆａｒｆｉｅｌｄｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｉｓｎｕｍｅｒｉｃ￣ｍｏｄ－ｅｌｉｓｂａｓｅｄｏｎＮａｖｉｅｒ—ＳｔｏｋｅｓｅｑｕａｔｉｏｎｓａｎｄＶＯＦｍｅｔｈｏｄｏｆｔｒａｃｉｎｇｔｈｅｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＲＮＧ
ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｌａｎｄｓＳｌｉｄｅ－ｉｎｄｕＵｃｅｄｗａｔｅｒｗａｖｅｓｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒ
ＬＩＵＸｉａ，ＴＡＮＧｕｏ－ｈｕａｎ，ＷＡＮＧＤａ－ｇｕｏ（１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＨｏｎｇＫｏｎｇ，ＨｏｎｇＫｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２Ｃｅｎｔｅｒｆｏｒ

涌浪形成与传播滑坡模型试验研究

涌浪形成与传播滑坡模型试验研究戴磊;白志刚【摘要】为了对滑坡导致涌浪形成、传播特征进行研究,建立了水槽块体滑坡模型.利用小波变换方法得到涌浪对应时频域能量谱,发现低频成分较高频成分传播速度更快,涌浪体现出频散波特性.分析了滑块入水速度、滑块密度、滑块体积等基本因素对涌浪特征的影响.对上述基本因素进行无量纲化处理,经多元线性回归分析得到涌浪相关物理参数经验公式,对比了前人公式,对实验数据拟合效果较好,为实际滑坡涌浪灾害预防提供支持.【期刊名称】《港工技术》【年(卷),期】2018(055)004【总页数】5页(P1-5)【关键词】滑坡涌浪;波能谱;最大波峰;首浪衰减【作者】戴磊;白志刚【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072【正文语种】中文【中图分类】P642.22滑坡涌浪问题研究由来已久，通常是由强降雨或地震引发滑坡，在实际中由滑坡导致冲击涌浪的发生已经成为不可忽视的一个问题。

尤其是在水库或者狭长型河道等区域，两侧陡峭的岸坡一旦发生大规模滑坡，会迅速在滑坡水域处引发巨大涌浪，对堤坝等水工建筑物造成冲击，大量水体越堤后近年来我国滑坡灾害事故频发，2009年8月，四川雅安市汉源县顺河乡境内猴子岩发生崩滑，近100万m3的高位坡体突然失稳，崩滑坠落，瞬间高速冲入大渡河，并在对岸爬高30~40 m，形成堰塞湖，造成上游农户、农田被淹没。

崩滑过程中，强大的冲击力掀起巨大水浪和气浪，将对岸的对沿岸群众生命财产安全造成极大伤害。

表土和植被毁坏。

2015年6月，重庆巫山大宁河江东寺北岸突发大面积滑坡引发巨大涌浪。

据初步统计，事发时约有2 000 m3的山体出现了滑坡滑移。

由于滑坡滑移速度快，一次性入江体量大，形成了5~6 m高的涌浪，造成对岸靠泊的13艘船舶翻沉。

物理模型实验是研究滑坡涌浪问题的重要手段。

根据滑坡体类型，可分为块体滑坡和散体滑坡，国内外学者进行了广泛的实验研究。

基于FLUENT的海堤越浪数值模拟

高和越浪进行了一系列的研究。
S a ville（19 5 5）[1]在水槽及水池中做了一系列有关波浪
爬高及越浪的实验，在缩比模型实验的基础上得到了估计波
浪最大爬高及平均越浪量的经验公式；贺朝敖等 [2 ]做了一系
列的试验对带胸墙的斜坡堤越浪量进行了研究，讨论了堤前
波高，堤顶到静水位的高度，平台宽度，堤前水深，外侧坡
PRE SS UREINLET
计算域
WALL
消L
L
波A 区W
射波高 H0 为 1m ，Ca se 5 ~C a s e8 入射波高 H 0 为 2m 。
800
Ca s e 1
s)600
m·
3
/( m400
10
flux×200
600
) s ·4 0 0 (m 3m/ 0 1 ux×2 0 0 fl
p 为压强，μ为粘性系数，Fx 和 F y 分别为附加的源项。
VOF 输运方程：
αq + t
(uαq ) + x
(w z
)
q
=
0 ，α1
+ α2
=
1，q=1 ，2
（4 ）
式中：体积分数函数 αq 定义为单元内第 q 相流体所占
有体积与该单元的体积之比。
2．数值水槽的验证
数值水槽中通常采用推板式造波和源造波两种造波方
波浪水槽进行了简单斜坡堤断面波浪越浪量的计算模拟。
本文基于 F LUE NT 软件平台，采用了质量源造波法验证
了无护面块体时的越浪情况，其中在有胸墙条件下考虑了胸
墙高程和斜坡坡度这两种因素对于越浪量的影响，并与前人

基于FLUENT的二维数值波浪水槽研究

基于FLUENT的二维数值波浪水槽研究一、本文概述随着计算流体力学（CFD）技术的快速发展，其在海洋工程、船舶设计、水利水电工程等领域的应用日益广泛。

FLUENT作为一款功能强大的CFD软件，以其灵活的求解器、丰富的物理模型库和强大的后处理功能，受到了广大研究者和工程师的青睐。

数值波浪水槽作为模拟波浪现象的重要工具，对于研究波浪与结构物的相互作用、评估海洋工程结构的稳定性和安全性具有重要意义。

本文旨在利用FLUENT软件建立一个二维数值波浪水槽模型，通过模拟波浪的生成、传播和衰减过程，分析波浪的基本特性。

文章首先介绍了数值波浪水槽的基本原理和FLUENT软件在波浪模拟中的应用，然后详细阐述了二维数值波浪水槽模型的建立过程，包括控制方程的选择、边界条件的设定、网格的生成与优化等。

在此基础上，通过对不同工况下的波浪进行模拟，分析了波浪高度、波长、波速等关键参数的变化规律，并与理论值进行了对比验证。

本文的研究不仅有助于深入理解波浪的传播规律和结构物在波浪作用下的动力响应，还可为相关领域的工程设计和科学研究提供有价值的参考。

通过不断优化数值模型，有望提高波浪模拟的准确性和效率，为推动CFD技术在海洋工程领域的应用提供有力支持。

二、FLUENT软件及其在波浪水槽模拟中的应用FLUENT是一款功能强大的流体动力学仿真软件，广泛应用于各种流体流动、热传导和化学反应等领域的模拟研究。

该软件采用基于有限体积法的数值解法，可以精确地求解流体动力学方程，包括连续性方程、动量方程和能量方程等。

FLUENT还提供了丰富的物理模型库和用户自定义模型的功能，使得用户可以根据实际需求选择合适的模型进行模拟。

在波浪水槽模拟中，FLUENT软件的应用主要体现在以下几个方面：波浪生成与模拟：通过设定特定的边界条件和初始条件，FLUENT 可以模拟出不同波形、波高和周期的波浪。

例如，通过设定造波机的运动规律，可以模拟出规则波或不规则波的生成和传播过程。

二维滑坡涌浪数值模拟研究

k 湍流模型并采用VOF
方法跟踪非线性自由表面流场；然后基于流体计算软件FLUENT模拟滑体下滑所引起的水的速度，自由表面高度变化以及流动过程，并将数值计算结果与Monaghan和Kos的试验数据进行比较。算例表明：本模型能很好地模拟出滑体下滑过程中孤立波的产生和传播，涡流的形成。在此基础上，本文还研究了不同水深情况下水体自由表面的变形特征。因此，滑体入水数值试验可以很好地模拟出因水库大坝的崩落所导致的滑坡涌浪现象，这对于水库大坝设计及滑坡涌浪灾害预防提供了重要的参考价值。关键词：二维；滑坡涌浪；数值模拟； FLUENT； VOF方法
图1试验模型示意图
表 Gk 为由于平均速度梯度引起的湍动能 k 的产生项，达式为：
Gk t (
q 0 时，控制单元内无第q相流体；
ui u j ui ) x j x j x j
(6)
方程：
C ( ) ( ui ) 2 [ eff ] 1 Gk C2 t xi x j x j k k
第六届全国土木工程研究生学术论坛维块体下滑造成的水体爬坡和回落现象。在滑坡涌浪的数值研究中，处理自由面流动的计算方法主要包括 Level set 法、MAC法和VOF 法[8]。流体体积法 [9](VOF) 是通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体容积比来模拟两种或三种不能混合的流体,其方程为:
象进行了物理实验；Iwasaki[3]关于斜坡在固定水深的渠道中的水平运动进行了试验研究，并测量出波浪高度。Fritz et al[4] 基于广义的弗劳德数建立了二维物理试验模型，研究了滑坡涌浪的近场特征。 Monaghan 和 [5] Kos 在 Scott Russell的试验基础上，对块体快速垂直落入不同水深的水池的过程进行了物理试验。在数值模拟方面， Rzadkiewicz[6] 研究了二维流质滑坡涌浪的数值模型； Liu[7]利用VOF 方法以及 LES 模型研究了三

基于FLUENT的波浪数值仿真和对出水物体的作用分析

基于FLUENT的波浪数值仿真及其对出水物体的作用研究一、课题研究目的物体出水运动是一个涉及气液两相问题的三维非定常过程。

在这一过程中，物体的边界条件发生剧烈变化，同时波浪的存在，对物体边界流场的压力、流线分布也起到十分重要的影响。

因此，分析波浪力对于研究水面运动体和出水物体所受应力十分关键。

目前解决该问题的研究手段主要有物理模型实验与数值模拟等。

物理模型实验主要是通过在波浪水槽中进行的实验来研究波浪，采用PIV实验对流场进行跟踪；数值模拟则是通过建立数值模型，通过GAMBIT、FLUENT等CFD软件来进行离散计算。

数值模拟可以节约人力、物力、财力和时间，而且数值模拟可重复性好，条件易于控制，比实验更灵活，此外在海洋结构物的分析和设计中，一般来说，解析解只适用与简单几何形状或线性波浪问题，因而数值解法更有普遍意义。

如果能够对高阶非线性波进行计算模拟，那么就可以用数值波浪水槽模拟各种条件下、特别是极端波况下的波浪运动特性。

所以此项目将采取以数值计算为主，微型实验为辅助的方式开展。

项目分析结果将对解决水下导弹发射等实际工程问题起到参考借鉴作用。

二、课题背景用计算机模拟取代或部分取代海岸与海洋工程模型试验的设想近些年正逐渐成为现实.与物理模型试验相比,数值模拟不仅成本低,可以避免比尺效应,而且在工况选择以及复杂流场的分析处理等方面也具有明显的优越性.关于数值波浪水池的想法由来已久[1],其实质是构建一个数值模拟平台,在该平台上赋予通常实验室中的波浪水池所具有的功能.基于势流理论和应用边界元方法构建数值波水池的工作已有不少尝试.目前发展了以时域高阶边界元方法求解完全非线性的势流方程,例如,Kim等和Grilli等的工作.然而,结构物附近由于粘性作用而导致的各种复杂流动状况毕竟不能用势流理论来反映.此外,边界元方法在处理复杂自由水面时难免失效.自Harlow等提出MAC方法和Hirt等提出VOF方法以来,带自由表面粘性不可压缩流体运动的数值计算技术得到了迅速的发展.在此基础上构建数值波浪水槽的工作也受到了重视.Wang基于VOF方法建立了二维数值波浪水槽并应用所建立的数值波浪水槽开展了波浪对近海平台底部冲击过程的研究.最近,日本一研究小组推出了一个二维的CADMAS-SURF系统,其核心技术是VOF方法.较早将VOF方法推广到三维带自由表面粘性流体运动的是Torrey等. Wang和Su应用改进的VOF方法进行了圆柱容器内液体晃动问题的三维数模在海洋工程问题中，波浪力是作用在工程结构上的最主要的外力之一。

滑坡涌浪模拟技术规程

滑坡涌浪模拟技术规程
滑坡涌浪模拟技术规程
一、前言
本技术规程主要用于对滑坡涌浪进行模拟，以探究其可能对邻近
海域产生的影响。

模拟结果可为海洋工程规划、海域开发等提供科学
参考。

二、基本原理
滑坡涌浪模拟技术主要基于数值模拟方法，通过建立海底地形和
地质学属性等模型，结合历史海浪数据及滑坡物质的运动特性，推导
出滑坡涌浪的波形特征、能量传播范围等关键参数。

三、技术流程
1.获取海底地形数据，包括海底高程、地形特征等；
2.分析地质结构特征，提取滑坡物质的属性参数；
3.选择合适的数值模拟工具，建立模拟模型；
4.录入历史海浪数据，进行波浪传播模拟；
5.结合滑坡物质特性，计算滑坡过程中产生的涌浪；
6.分析涌浪波形、复杂程度、传播范围等参数，并生成相应的图
表和分析报告。

四、技术指标
1.涌浪高度和涌浪周期；
2.涌浪波形和涌浪传播范围；
3.涌浪对邻近海域水动力、泥沙变化等的影响。

五、结论
根据滑坡涌浪模拟技术所得结果，可以对邻近海域的环境变化、
工程安全等方面进行科学评估。

但是，模拟结果仅供参考，实际情况
可能存在较大的不确定性，需结合实测数据等多种信息进行综合分析。

狭窄型库区河道滑坡涌浪的形成及其传播规律

狭窄型库区河道滑坡涌浪的形成及其传播规律谢海清;蒋昌波;邓斌;黄宗伟【摘要】基于计算仿真工具FLOW3D,建立数值模型,以模拟狭窄型库区河道滑坡涌浪产生及其传播过程.将数值模拟结果与实验结果进行了对比,并对涌浪的形成过程进行了研究.利用无量纲分析方法和非线性回归方法,对滑块产生的初始最大涌浪高度和沿程传播涌浪高度衰减规律进行了公式拟合.研究结果表明:该数学模型能较好地模拟滑坡涌浪的形成过程,拟合的计算公式对狭窄型库区河道滑坡涌浪的产生及其传播具有较好的适用性和精确度,可以为狭窄型库区河道滑坡涌浪的预测提供理论依据.%Based on the computational simulation tools FLOW3D,a numerical model is set up to simulate the generation and propagation process of water waves caused by the landslides in narrow reservoir's river channel.The result shows that the water waves caused by the landslides and its propagation rule can be well simulated by the numerical model.On this basis,the formation process of water waves is studied.By using dimen-sionless analysis method and nonlinear regression method,the initial wave height and water waves'propagation regulation along the channel are fit into formula.The results show that the formation process of water waves caused by the landslides can be well simulated by the mathematical model,good applicability and accuracy are kept for fitting calculation formula for water waves'production and propagation of narrow reservoir's river channel,which can be certain theoretical bases for waterwaves'prediction of nar-row reservoir's river channel.【期刊名称】《交通科学与工程》【年(卷),期】2017(033)004【总页数】7页(P45-50,76)【关键词】FLOW3D;滑坡涌浪;非线性回归;狭窄型河道【作者】谢海清;蒋昌波;邓斌;黄宗伟【作者单位】长沙理工大学水利工程学院,湖南长沙 410114;长沙理工大学水利工程学院,湖南长沙 410114;水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南长沙410114;长沙理工大学水利工程学院,湖南长沙 410114;水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南长沙 410114;长沙理工大学水利工程学院,湖南长沙410114【正文语种】中文【中图分类】TV148+.5滑坡会给工农业生产及人们生命财产造成重大损失，有的甚至是毁灭性的灾难。

滑坡涌浪传播及翻坝过程数值模拟

滑坡涌浪传播及翻坝过程数值模拟刘杰【摘要】A landslide was generalized as a sliding block and the underwater moving law was assumed , and User Defined Function was used to simulate the surge characteristics in the process of block sliding into water by secondary development of Flu -ent software , and the surge propagating and overtopping process was analyzed .The simulation result shows that when the under-water motion form is given , the landslide surge is similar to solitary wave , which can affect a limited range under water and the impact to water bottom could be ignored;the surge movement in flow direction is a main contribution to dynamic pressure; the height of first surge would decrease and the width would increase in propagation , and the decreasing rate of surge height becomes small along the propagation direction;the water volume pushed out by sliding block is larger than block volume .Different surge overtopping processes show that the larger block can generate higher and faster surge , which is more dangerous to the lower reach.%将滑坡体概化为滑块，并给定其水下运动规律，利用UDF自定义函数对Fluent进行二次开发，模拟了滑块入水产生的涌浪性质，并分析了涌浪首浪传播及翻坝过程。

基于FLUENT的库区涌浪数值模拟

基于FLUENT的库区涌浪数值模拟邓成进;袁秋霜;侯延华;贾巍【摘要】基于流体计算软件FLUENT,模拟某水电站库区近坝变形体可能失稳后下滑引起库区水面变化过程,分析初始涌浪形成以及涌浪在对岸爬坡和涌浪沿岸传播的过程;研究挡水建筑物对库区涌浪沿岸传播的影响,得出初始涌浪高度,以及对岸、沿岸、坝址处的最大浪高,并与潘家铮法估算结果进行对比分析.分析结果表明,数值模拟能较好反映波浪爬坡和沿岸传播过程,真实模拟库区水体相互作用;由于库区涌浪运动受大坝建筑物阻挡作用,库区水面的反复震荡和涌浪叠加,会形成更高的涌浪.计算的初始涌浪及库区各处的最大涌高更符合实际情况,可为近坝库区的工程设计及涌浪灾害的预防提供参考.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】8页(P84-91)【关键词】库区;滑坡体;爬坡过程;最大浪高;涌浪叠加;挡水建筑物;数值模拟【作者】邓成进;袁秋霜;侯延华;贾巍【作者单位】中国水电顾问集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西西安710065;中国水电顾问集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西西安710065;中国水电顾问集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西西安710065;中国水电顾问集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TV697;O242库区存在的滑坡、崩滑体等不良地质体在失稳后高速滑入库中，产生的高速波浪足以对沿岸及下游建筑物和居民生命财产构成巨大威胁。

1963年发生在意大利瓦依昂水库的滑坡［1］、1982年发生的鸡扒子滑坡、1985年发生的新滩滑坡［2］、2003年发生的千将坪滑坡等库区滑坡失稳后激起的巨大涌浪，均造成了巨大的人员伤亡和财产损失。

因此，研究库区滑坡涌浪受到国内外学者的广泛关注。

但是，由于库区涌浪受多种因素影响且十分复杂，涌浪形成的边界条件和初始条件难以明确定义，滑坡涌浪的计算还没有一种通用的方法。

三维滑坡涌浪的产生及其传播过程的数值研究

三维滑坡涌浪的产生及其传播过程的数值研究徐波;蒋昌波;邓斌;王峰【摘要】从Navier-Stokes方程出发,采用VOF法追踪自由液面,基于流体计算软件FLOW3D,模拟宽广水域内滑块下滑所引起的涌浪及其传播过程,将数值结果与实验结果进行对比可知,计算值与实验值吻合较好.在此基础上,研究了涌浪产生时相同角度不同半径和相同半径不同角度测点位置的波高,并对涌浪产生后水体的流场结构以及自由液面的变化过程进行了研究.研究结果表明,该数学模型具有较高的精度和适应性,能较好地模拟滑坡崩落所导致的涌浪现象,对水库大坝设计及滑坡涌浪灾害预防具有一定的参考价值.%According to the N-S equation,the free surface elevation is tracked with VOF method, based on the fluid simulation calculation software FL0W3D water waves caused by the landslides and its propagation process,and numerical results are compared with experimental results. The result shows that the water waves caused by the landslides and its propagation rule can be well simulated by the numerical model. On this basis, the wave height of different angle located at the same radiu and different radiu located at the same angle are discussed, and the changes of the velocity field and free surface eleva tion at different time is also discussed. In this numerical experiment, water waves caused by the collapse of the dams can be well simulated. This will provide an important reference value for the design of the dams and the prevention of disasters due to water waves caused by landslide.【期刊名称】《交通科学与工程》【年(卷),期】2011(027)002【总页数】7页(P39-45)【关键词】滑坡涌浪;VOF法;流场;自由表面;FLOW3D【作者】徐波;蒋昌波;邓斌;王峰【作者单位】长沙理工大学水利工程学院,湖南长沙410004;湖南省水沙科学与水灾害防治重点实验室,湖南长沙410004;长沙理工大学水利工程学院,湖南长沙410004;湖南省水沙科学与水灾害防治重点实验室,湖南长沙410004;长沙理工大学水利工程学院,湖南长沙410004;湖南省水沙科学与水灾害防治重点实验室,湖南长沙410004;中交第一航务工程局,天津300000【正文语种】中文【中图分类】O353.2由于水库高库水位及水库运行效应的影响，库区内潜伏着大量地质隐患的滑坡可能会因此暴露、成灾，导致大面积的滑坡并造成巨大的涌浪.水库滑坡、坍塌激起的涌浪对大坝的安全、过往的船只以及下游人民群众的生命和财产安全造成了极大的威胁.近年来，研究人员针对滑坡涌浪做了大量的研究.Watts［1］针对4种不同尺寸的块体滑坡进行了实验，并对产生的涌浪的波动周期、波长和波幅进行了分析；Wiegel［2］研究了不同大小、形状以及密度的块体在固定水深情况下沿不同坡度下滑产生涌浪的过程；Iwasaki［3］对块体在固定水深的渠道中做水平运动进行了实验研究，并测量出涌浪高度；Noda［4］等人采用平板做水平移动和箱子垂直下落分别模拟水平和垂直滑坡，实验估算出水平和垂直滑坡的最大初始涌浪公式；Heinrich［5］对块体从45°斜坡上、下滑的过程及其涌浪产生的水面变化进行了实验研究；Fritz［6］等人基于广义的弗劳德数，建立了二维物理实验模型，对滑坡涌浪的近场特征做了研究；Monaghan［7］等人对块体快速垂直落入不同水深水池的过程进行了试验研究.在数值模拟方面，郭洪巍［8］等人通过建立数学模型，详细模拟了水库滑坡涌浪的发生、发展和衰减等过程，并预测水库库区内滑体速度变化的状况；李未［9］建立了滑坡涌浪的数学模型，引入了（u，h）曲线，定性地分析了多个滑坡块体产生急流冲击波相互作用后可能产生的波形；姜治兵［10］等人推导了用于滑坡涌浪的DIF方程，采用非规则网格有限体积发和显式MacCormack预测－校正数值方法求解该方程，并利用新摊滑坡涌浪的原型观测资料，对数值研究进行了验证；Liu［11］等人利用VOF（Volume of Fluid）方法以及LES模型，研究了三维块体下滑造成的水体爬坡和回落现象；宋新远［12］等人运用FLUENT软件数值，研究了滑体下滑所引起水波的运动速度、自由液面高度变化以及传播过程.已有的研究大多数集中在小水槽内，关于在库区宽广的水域中发生滑坡涌浪的研究还比较欠缺.基于FLOW3D软件平台，笔者拟对库区滑坡涌浪的产生及其传播过程进行数值模拟，通过实验对数值结果进行验证；通过数值分析，研究在库区宽广水域中发生滑坡涌浪的情况，对涌浪的产生和传播过程做量化分析，并对流场及其自由液面的变化进行研究.1 数值模型1.1 运动控制方程连续性方程和动量方程中含有体积和面积分数参数.连续性方程：动量方程：式（2）中：ρ为水密度；VF是可流动的体积分数；Ax，Ay和Az分别为x，y和z3个方向可流动的面积分数；u，v和w分别为对应x，y和z3个方向的速度分量；Gx，Gy和Gz分别为物体在x，y和z3个方向上的重力加速度；fx，fy和fz 分别为物体在x，y和z3个方向上的粘滞力加速度；p为水的压强.1.2 数值方法在FLOW3D中，数值离散采用有限差分法，空间离散基于三维的矩形交错网格.采用VOF方法追踪自由液面，VOF模型对每一相引入体积分数变量，通过求解每一控制单元内体积分数，确定相间变量.设某一控制单元内第q相体积分数为αq （0≤αq≤1），则当αq＝0时，控制单元内无第q项流体；αq＝1时，控制单元内充满第q相流体；0≤αq≤1时，控制单元内包含相界面.在控制体单元内，各项体积分数之和为1，即＝1.本研究采用重整化群（RNGκ－ε）湍流模型，并运用FAVOR技术，模拟复杂的边界情况.1.3 边界条件底部为固壁无滑移边界条件：该条件要求流体速度在固壁边界上为零，即u i wall ＝0.上部为液体自由面的边界条件：该条件要求自由面上的法向速度为0，而且还应满足在液体与气体的交界面上应力平衡条件：液体压强等于气体压强侧壁为对称边界条件：在该边界上，法线方向速度为0，法向梯度为0，即2 模型验证2.1 实验设置实验在长40m、宽20m、高1.8m的港池中进行，浪高仪的布置如图1所示，共布置9个测点（1＃～9＃），在距离入水点分别为以0.6，1.1和1.6m为半径的圆周上，其角度间隔为30°.图1 浪高仪的布置Fig.1 The locations of wave gauges图2 网格划分示意Fig.2 Meshing schemes图2为模拟块体从陡峭的山壁上滚入水库引起的涌浪网格划分示意.在本研究的实验中，滑坡体模型的高度取为1.5m，滑坡的坡角为60°，港池的水深为0.5m.滑块为楔形体，其体积为6198cm3.为了保证结果的精确性，每组次实验重复6次，取平均值作为物理实验的依据.2.2 模型验证在本数值研究中，认为块体在下滑过程中为刚体运动.根据物理实验，建立数值模型，模型的长、宽和高分别为5，5和1.7m，计算区域网格划分如图2所示，网格长度为5cm，3个方向的网格数量为7×105个.滑块在重力作用下自由下滑，落入水中激起涌浪，其受力分析如图3所示.图3 滑块受力示意Fig.3 The analysis of load－carrying capability分别对3＃和4＃测点的数值计算结果与物理实验结果进行对比，其结果如图4所示.图4 浪高仪计算值与实验值对比Fig.4 The comparison between the measured wave height and calculation wave height从图4中可以看出，数值计算结果与物理实验结果一致，整体吻合较好，但在5s 以后有一定的差别，其主要原因是滑块的存在可能对涌浪产生之后向滑坡体传播的部分产生微小反射，数值模拟的湍流模型还存在着一定的不足，不能准确地模拟滑坡、涌浪的复杂现象.但5s之后涌浪高度越来越小，接近于0m，因此，5s之后的误差可忽略不计.这说明所用的数值实验及其参数设置能够满足本研究的要求.3 试验结果分析3.1 自由液面变化涌浪的产生及其传播时，自由液面的变化如图5所示.滑块刚刚进入水时，涌浪形成，并向四周传播.随着滑块继续下滑，滑块体上方形成小的凹陷，随后水面抬起，凹陷逐渐扩大，向着远离滑坡体的方向传播，并伴随波浪飞溅及其破碎的现象.之后水面回落，形成首个次浪.随着时间的推移，涌浪以椭圆周的形式向四周传播，次浪越来越多，但其波高慢慢变小，到2.8s之后，自由液面的变化不明显.图5 自由液面的变化Fig.5 The free surface elevation at different time3.2 波高分析所有测点位置的涌浪波高及其到达时间见表1，半径相同、角度不同的测点涌浪波高的变化如图6所示，角度相同、半径不同位置的涌浪波高的变化如图7所示.表1 测点位置波高Table 1 Wave height of positions测点序号到滑坡的距离／m与水边线角度涌浪水位／m初始水位／m涌浪高度最大值／m到达时间／s 0.6 90° 0.51570.500.01572.1122＃1.1 90° 0.51320.500.01322.5273＃1.6 90°0.51110.500.01112.8734＃0.6 60° 0.51530.500.01532.1145＃1.1 60°0.51280.500.01282.5276＃1.6 60° 0.51030.500.01032.8737＃0.6 30°0.51490.500.01492.1138＃1.1 30° 0.51030.500.01032.5271＃9＃1.6 30°0.50960.500.00962.875从表1与图6，7中可以看出，2＃，5＃和8＃（到滑坡的距离1.1m）测点的位置与3＃，6＃和9＃（到滑坡的距离1.6m）测点的位置出现首个波峰和次个波峰的时间很接近，1＃，4＃和7＃测点的波高整体大于2＃，5＃和8＃测点的，而3＃，6＃和9＃测点的波高最小.这说明9个测点的位置均处在涌浪传播的区域.对于半径相同、角度不同的测点来说，1＃测点位置的波高最大，4＃测点位置的其次，7＃测点位置的最小；相对应地，从图6，7中也可看出，2＃测点位置的波高大于5＃测点位置的，8＃测点位置的最小；3＃测点位置的波高均大于6＃和9＃测点位置的.由此可知：涌浪传播过程中，滑块正前方的波高最大，两侧的波高随着夹角的增大依次减小.涌浪的形成和传播过程在速率上存在着差异（见表2）.由于涌浪是滑块沿滑坡体下滑形成，该过程中会有大量的能量释放，因此，从首浪产生到形成波峰的过程时间比较短；涌浪的传播过程只受到外界因素影响产生能量损失，衰减的速度缓慢.涌浪产生与衰减速率的比值（η1／η2）在2～2.5之间上、下浮动.该数值对涌浪的产生及其传播范围的预测具有重要的意义.因此，滑坡一旦发生，巨大的涌浪将会沿岸传播，且衰减的速度非常缓慢，将对两岸居民、航道上的船只造成严重威胁和损失.图6 半径相同测点波高Fig.6 The wave height with the same radiu图7 角度相同测点波高Fig.7 The wave height at the same angle表2 涌浪形成和传播过程数据的比较Table 2 The data comparison of swell forming process and spreading process注：其中最小值为监测时间范围内出现的最小波高；峰值为最大波高；时间间隔为该点波面开始出现变化到出现峰值的时间；变化率为峰值与时间间隔的比值；检测时间为6s.测点序号形成过程首个波峰／cm峰值／cm时间间隔／s变化率η1／（cm·s－1 η1／η2）传播过程峰值／cm最小值／cm时间间隔／s变化率η2／（cm·s－1）1＃ 0.540 1.57 1.251 0.823 1.57 0.241 3.625 0.366 2.213.2482＃ 0.304 1.32 1.220 0.836 1.320.236 3.012 0.360 2.3223＃ 0.227 1.11 1.103 0.801 1.11 0.160 2.485 0.364 2.2004＃ 0.505 1.53 1.255 0.817 1.53 0.225 3.520 0.384 2.1285＃ 0.287 1.28 1.204 0.825 1.28 0.201 3.010 0.358 2.3046＃ 0.203 1.03 1.050 0.788 1.03 0.165 2.403 0.360 2.1897＃ 0.442 1.49 1.249 0.839 1.49 0.220 3.530 0.360 2.3318＃ 0.221 1.13 1.112 0.802 1.23 0.190 3.008 0.346 2.3189＃ 0.180 0.96 1.053 0.748 0.96 0.122 2.476 0.338 23.3 流场变化滑块下滑1s之后，取高度为0.5m处平面的流场（如图8所示）.当滑块下滑接触水面时，接触点附近流场突变并且杂乱，是因为滑块以一定的速度下滑进入静止的水面，激起涌浪，入水过程迅速，因此速率变化比较大；之后涌浪分布逐渐均匀，流线呈椭圆形周分布；涌浪产生及其传播整个过程，是以椭圆周的方式向外扩散，首浪产生之后还会有多个次浪产生，但首浪的波高最大.由此可知，在涌浪灾害的预防过程中，预防首浪对两岸居民及其建筑物造成危害最大，次浪造成的危害也不容忽视.图8 流场的变化Fig.8 The velocity field at different time4 结论1）涌浪形成时，波高随时间的变化较大，而传播过程波高随时间的变化较小，涌浪产生与衰减的速率变化不相同，这对于实际发生涌浪灾害时涌浪传播过程的预测有重要意义，但是，仅对于底部较平坦的河流适用.2）数值计算结果和物理实验结果吻合.在FLOW3D基本参数设置不变的情况下，可用于模拟形状不同的滑块从高度和角度各不相同的滑坡体上、下滑的过程.本研究有效模拟了因滑体下滑引起的涌浪问题，模拟结果与实验结果以及工程实际中出现的现象是一致的.该数值模型对大体积，沿陡峭斜坡的滑坡体高速入水（水库或河流）所引起的涌浪灾害问题有一定的参考价值.3）模拟得出了涌浪发生及其传播过程中，流场及其自由液面随着时间的变化过程. 4）由于滑坡涌浪过程较为复杂，对于滑体的变形、滑体体积，滑体入水速率的变化以及多个块体的连续下滑对水体自由液变形和速度场等的影响还有待进一步研究. 5）在该数值模拟时间范围内的后期，波高产生了一定的误差，但误差较小，并不会对整个结果造成影响.参考文献（References）：【相关文献】［1］Watts P，Grilli S T，Tappin D R，et al.Tsunami generation by submarine mass failure part II：Predictive equationand case studies［J］.Journal of Waterway，Port，Coastal and Ocean Engineering，2005，131（6）：298－310.［2］Wiegel boratory studies of gravity waves generated by the movement 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China，2000（1）：24－27.（in Chinese））［9］李末.滑坡涌浪的产生与传播波形分析［D］.南京：河海大学，2003.（LI Mo.The generation of landslide waves and its communication［D］.Nanjing：Hehai U－niversity，2003.（in Chinese））［10］姜治兵，金峰，盛君.滑坡涌浪的数值模拟［J］.长江科学院院报，2005，22（5）：1－3.（JIANG Zhi－bing，JIN Feng，SHENG Jun.Numerical simulations of water waves due to landslides［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2005，22（5）：1－3.（in Chinese））［11］Liu L－F，Wu T－R，Raichlen F，et al.Runup and rundown generated by three－dimensional sliding masses［J］.Journal of Fluid Mechanics，2005，536：107－114. ［12］宋新远，刑爱国.基于FLUNT的二维滑坡涌浪数值模拟［J］.水文地质工程地质，2009（3）：90－94.（SONG Xin－yuan，XING Ai－guo.Two－dimensional numerical simulation of landslide waves by FLUNT［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，2009（3）：90－94.（in Chinese））［13］张婷.波浪的三维数值模拟及其应用［D］.天津：天津大学，2009.（ZHANG Ting.Three －dimensional numerical simulation of waves and its application［D］.Tianjing：Tianjing University，2009.（in Chinese））。

基于FLUENT的波浪溢流水动力数值模拟

基于FLUENT的波浪溢流水动力数值模拟
黄飞扬;戴文鸿;姚毓;陈羿名
【期刊名称】《海洋工程》
【年(卷),期】2022(40)3
【摘要】波浪溢流现象使得海堤受到了越浪和溢流的联合作用,复杂的水动力过程会引起海堤后坡产生严重的侵蚀破坏。

基于FLUENT软件建立了二维数值波浪溢流水槽模型,该模型运用UDF速度边界造波法分析在不同超高条件下海堤后坡流量和水流厚度的水力学特性。

结果表明数值模拟结果与前人物理模型试验结果吻合,该模型可以真实地模拟出海堤波浪溢流现象。

在此基础上进一步研究了波浪溢流中越浪和溢流在不同相对超高条件下的主导性作用,而后建立了十分准确的波浪溢流海堤后坡稳定水流厚度计算公式。

【总页数】10页(P159-168)
【作者】黄飞扬;戴文鸿;姚毓;陈羿名
【作者单位】河海大学水利水电学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV139.2
【相关文献】
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