粗糙度對(duì)單裂隙水流影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、粗糙裂隙水流研究對(duì)地下水污染防治及深部地下工程等具有重要指導(dǎo)意義。然而由于基巖裂隙介質(zhì)的強(qiáng)烈空間變異性，其水流遷移十分復(fù)雜，目前無論在理論研究還是在實(shí)際應(yīng)用中都出現(xiàn)了許多問題。在歸納總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和研究的基礎(chǔ)之上，本文利用數(shù)值模型研究了粗糙度對(duì)單裂隙水流影響。在單一變量研究原則的指導(dǎo)下，本文利用Gambit創(chuàng)建了粗糙單裂隙介質(zhì)的數(shù)值模型，共設(shè)置了光滑平板裂隙、三角形粗糙面、梯形粗糙面、矩形粗糙面和正弦型粗糙面這五種粗糙裂隙。分別設(shè)置

2、了粗糙度凸起度為1、2和4 mm，凸起間距與粗糙度凸起度之比，即隙比為1:1、2:1、3:1和4:1這幾種情況，共52種數(shù)值模型。在近壁區(qū)域采用了加強(qiáng)型網(wǎng)格劃分，并利用Fluent對(duì)52種模型進(jìn)行求解，模擬的雷諾數(shù)(Re)范圍為1～3200。通過擬合分析了不同粗糙度條件下單裂隙水水流流場(chǎng)的情況，得出以下結(jié)論：
　　(1)通過y+分析和殘差分析可知，F(xiàn)luent軟件中的增強(qiáng)壁面函數(shù)，可現(xiàn)實(shí)k-ε模型可以很好的用來擬合粗糙單裂隙水流情

3、況。
　　(2)分析不同粗糙條件下的速度分布云圖、流線等值線圖及流線圖，得到粗糙裂隙中的分流特征由粗糙凸起的分布密度，即間隙比、絕對(duì)粗糙度即△的大小以及粗糙凸起的幾何剖面結(jié)構(gòu)決定，其中：
　　1)間隙比越大對(duì)水流流線影響越大；
　　2)隨著絕對(duì)粗糙度△的增大，流線的彎曲程度加大；
　　3)矩形粗糙度對(duì)水流的截流最明顯，梯形粗糙度次之正弦最次，說明水流進(jìn)入粗糙度的角度越大水流的截流最明顯，其中的渦流越明顯；

4、　　4)正弦型粗糙度上方水流流線彎曲程度最大，三角形次之，矩形最次，說明粗糙度上方水流流線彎曲程度隨著水流進(jìn)入粗糙度的角度的增大而減??；
　　(3)歸納分析沿程阻力系數(shù)、單寬流量、平均流速與水力梯度關(guān)系(v-J)以及臨界雷諾數(shù)，得到：傳統(tǒng)阻力系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算值較其它公式計(jì)算的較小，LCL公式計(jì)算的單寬流量值較大；大雷諾數(shù)范圍時(shí)v-J關(guān)系呈現(xiàn)出非線性的Non-Darcy現(xiàn)象，非線性公式Forchheimer公式擬合效果最好，Izba