基于流体体积法结合宾汉模型对任意离岸基础周围冲刷的模拟

本文提出一种模拟任意离岸结构周围冲刷的方法。它基于在 OpenFOAM 框架中实现的雷诺平均纳维-斯托克斯方程求解。泥沙借助宾汉(Bingham)模型模拟,该模型通过引入极高黏度来基本模拟固体泥沙行为。宾汉模型所用的相对压力通过基于泊松方程求解的新方法进行估计。泥沙表面的位置采用高分辨率格式的流体体积(Volume-of-Fluid)法计算。为在无需细网格的情况下保持典型壁面特征,将常用壁面函数转移到域内内部泥沙壁面。此外,应用额外修正以在求解域内模拟固体泥沙壁面。新的内部壁面函数实现通过二维测试用例验证。结果显示与常用壁面函数非常吻合,且相比忽略该效应有显著改进。进而,该求解器用于模拟护坦下游冲刷及水流中垂直圆柱周围冲刷。结果与文献中实验对比显示良好吻合。通过对带泥板的垂直圆柱应用求解器,证明了其对任意结构的适用性。当前开发状态能够分辨所有重要物理流动与冲刷现象。结果也揭示悬浮物建模与内部壁面处理需额外关注。