两相质量流的力学侵蚀模型
流体动力学
2022-06-17 v1
摘要
侵蚀、夹带和沉积是地球物理质量流中复杂且占主导地位但仍知之甚少的力学过程。在此，我们提出一个新颖的、基于过程的、两相侵蚀-沉积模型，能够充分描述在滑坡、雪崩、泥石流和推移质输移中普遍观察到的这些复杂现象。该模型基于动量通量的跳跃，包括沿流-床界面的材料和流动特性的变化，并增强了一个现有的通用两相质量流模型（Pudasaini, 2012）。引入了一种两相变饱和度可侵蚀基底形态，允许侵蚀-沉积深度的演化，纳入了固有的物理过程，包括流动混合物的动量和流变变化。通过严格推导，我们表明，在守恒模型公式中适当纳入质量和动量产生或损失，对于侵蚀-夹带-沉积过程的物理正确和数学一致描述至关重要。我们表明，力学上沉积是侵蚀的逆过程。我们为侵蚀速率模型中出现的系数推导了力学上一致的闭合形式。我们证明，侵蚀中有效减小的摩擦等效于动量产生。借此，我们解决了长期存在的质量迁移性困境，并表明侵蚀增强了质量流的迁移性。这个新颖的增强型真实两相模型揭示了与侵蚀、夹带和沉积相关的力学的一些主要方面。该模型恰当地捕捉了与侵蚀相关的锋面前缘环境阻力所伴随的复杂锋面涌浪动力学的出现和传播。
引用
@article{arxiv.1610.01806,
title = {A mechanical erosion model for two-phase mass flows},
author = {Shiva P. Pudasaini and Jan-Thomas Fischer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.01806},
year = {2022}
}