耦合VOF的非线性k-ε模型三维溃坝数值模拟

丁伟业，金 生，艾丛芳

(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室, 大连 116024)

耦合VOF的非线性k-ε模型三维溃坝数值模拟

丁伟业，金 生，艾丛芳

(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室, 大连 116024)

溃坝是一种伴随有巨大破坏力的灾害性的水流现象。三维溃坝的数值模拟能够为溃坝水流的研究分析提供科学的依据。针对瞬间全溃模型水流的复杂性，考虑水库下游障碍物的滞水及阻水作用，利用开源程序OpenFOAM建立了耦合VOF对流方程的三维非线性(NL)k-ε紊流数学模型求解雷诺时均纳维斯托克斯方程。采用有限体积法进行离散，利用PISO算法进行数值求解。通过模拟下游为三角形障碍物、矩形障碍物以及90°弯道的溃坝实验，并将模拟结果与实验结果进行对比分析，初步证明了该模型的准确性和鲁棒性。

VOF法；NLk-ε模型；溃坝；OpenFOAM；三维数值模拟

2016年1月14日11时许，湖北省恩施龙凤镇三河村白庙突发堰塞湖溃坝事故。2016年2月3日，伊拉克摩苏尔水坝面临即将溃坝的风险，成千上万的人处在危险之中，工作人员对水坝进行加固。溃坝是指坝体溃决，是一种低频率高危害的社会致灾因素，会对下游地区人民生命财产安全造成灾难性的破坏。因此进行溃坝洪水数值计算与模拟分析具有重要的理论与现实意义[1]。研究溃坝问题的方法主要有三种：理论分析、模型试验和数值模拟。三种研究方法各有其优缺点：当处理十分简单的模型问题时理论分析方法能够得到较为精确的解析解，而对于复杂问题并不能得到其控制方程的解析解；……