渠道冰凌下潜的数值模拟研究

冰凌下潜是冰塞形成和发展的基础,控制冰凌的下潜对于保证输水工程的安全和输水能力有重要的意义。本文采用 VOF 方法追踪自由水面,结合 RNG k-ε紊流模型,对浮冰块底面水压差分布进行了数值模拟。通过与Dow Ambtmand 的物理模型试验数据的对比,验证了该数值模拟方法的合理性和可靠性。基于冰块底面的水压差分布特征,分析冰块的下潜力矩 Mu,研究冰凌下潜的临界条件。发现冰块下潜的临界条件涉及到冰块前缘形状和由冰块厚度（δ）、长度（L）与冰块上游水深（H）构成的特征几何尺寸（δ/H、δ/L）：同条件下前缘矩形断面冰块较前缘圆形断面冰块易下潜;δ/L 一定时,δ/H 越大,冰凌下潜临界冰厚弗劳德数 Ftcr越小,临界水流弗劳德数 Frcr越大;δ/H 一定时,δ/L 越大,则 Ftcr和 Frcr均越小。根据数值模拟和力矩平衡分析的研究结果,提出了天然冰凌下潜的判断准则。     

浮冰块底面水压力分布的数值模拟研究

冰块运动过程中遇到冰盖等阻碍时,将有可能停滞或下潜.冰块的运动形式与作用在冰块上的力有密切关系.本文采用VOF法追踪自由水面,结合RNG k-ε紊流模型,对浮冰块底面水压力分布进行了数值模拟.通过与Dow Ambtman物理模型试验数据的对比,验证了该数值模拟方法的合理性和可靠性.模拟分析发现冰块底面水压力与冰块前缘形状、冰厚和流速均有关系:前缘圆形断面冰块比前缘矩形断面冰块有着较弱的前缘分流效应和相同的文丘里效应;冰厚、流速增大时,冰块底面的压差增大,冰块前缘最大压差的范围也增大,且压强恢复速度变慢.