基于有限体积法的三维CFD-DEM耦合方法

来源：水资源与水工程学报杂志2017年第2期北京时间：

作者：沈亚男，蒋明镜，奚邦禄

单位：1.河海大学岩土工程科学研究所,2.同济大学a.地下建筑与工程系,b.岩土及地下工程教育部重点实验室,c.土木工程防灾国家重点实验室上海

摘要：本文基于有限单元法对流体控制方程进行离散，并与离散单元法进行三维流固耦合计算。首先，针对多孔介质土体选取合适的控制方程，包括流体运动方程、颗粒运动方程及流固相互作用方程。然后将编译的计算流体力学程序引入离散单元法中进行耦合计算。最后，针对单颗粒沉降进行了数值模拟，结果表明:颗粒在刚开始下落时，速度增加较快，然后增加速率逐渐变缓并趋于稳定；随着颗粒的不断下降，其所受拖拽力随着时间先迅速增加，然后逐渐与浮重力一致；颗粒下降速度稳定后，水压（扣除静水压力）在颗粒附近呈蝶翼状分布，且颗粒上方为负压，下方为正压；颗粒下方水流向两侧外流，而上方水流向颗粒上方汇聚。以上研究结果表明此次编译的计算流体力学程序能够很好地和离散单元法进行耦合，并可用于研究多孔介质流固耦合问题。

关键词：有限体积法,离散单元法,流固耦合方法

基金资助：国家自然科学基金重点项目(51639008)；国家自然科学基金项目(51579178)