泥沙冲刷模拟的FLOW-3D数值方法研究

黄佳丽 ，倪福生 ，顾磊

（1.河海大学疏浚技术教育部工程研究中心，江苏 常州 213022；2.河海大学机电工程学院，江苏 常州 213022）

0 引言

泥沙冲刷是很多水利工程中常见的现象，常见于桩柱冲刷、管道局部冲刷及水射流冲刷等。黄雄合等[1]利用动床模型水槽试验，研究了桩柱周围局部床面由平整发展到冲刷坑的过程，获得了各工况下冲刷坑的形态参数；姜萌等[2]采用物理模型试验方法，探索了泥沙中值粒径、立管-桩倾斜角度及水深等对海洋平台立管系统底部冲刷坑的影响。张浩等[3]在粗沙沙床条件下对二维垂向淹没射流冲坑深度进行了实验研究，研究了射流速度对动态坑深的影响；顾磊等[4]探究了双股射流冲刷时喷嘴间距对冲刷坑形、冲坑深度和冲坑截面积的影响。

通过对前人的研究以及相关试验过程的分析发现试验研究存在很多缺点：在试验前对冲刷的泥沙的准备有很高的要求，每次都需要耗费大量的时间；试验过程中无法观测试验现象，尤其是泥沙粒径很小时，射流冲刷流场很浑浊，无法对其内部机理进行捕捉；冲刷结束后需要缓慢将水排放，不仅耗时而且还对冲坑有一定的影响；最后在对冲坑进行测量时，冲坑表面会有很多的泥沙堆积，对其静态坑深的结果有影响，同时由于观测不便，动态冲坑深度的变化无法准确的进行测量。

近年来，在与泥沙冲刷的有关数值模拟中，FLOW-3D软件应用较为广泛。与试验相比，数值模拟方法具有省钱、省力和灵活性较大等优势，由于试验参数的改变方便，对于大量重复试验能够轻易完成[5]。……