卢新华 秦超 张小峰

摘要：异重流是自然界中的常见现象，异重流运动过程中交界面附近可能存在物理量的间断。为较好地捕捉这种间断，建立了异重流高分辨率立面二维数学模型，该模型基于同位网格的Godunov型有限体积法求解σ坐标下的雷诺时均Navier-Stokes方程组。模型中水平方向界面数值通量采用HLLC近似黎曼求解器计算，湍流封闭采用非线性K-ε模型。选用3个经典的开闸式平坡和反坡异重流试验对模型性能进行了检验。结果表明：该模型能较好地模拟异重流在平整或非平整床面上的运动过程，并具有较高的模拟精度。

关 键 词：

异重流; HLLC; 反坡异重流; σ坐标; 非线性K-ε模型

中图法分类号： TV131.2

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.06.021

异重流一般由两种或多种流体因较小的密度差而引起。自然界中常出现因盐度、温度、泥沙浓度差异而引起的盐水异重流、温差异重流和泥沙异重流等。在异重流运动的数值模拟研究中常涉及物理量的间断问题，较典型的如开闸式异重流，其在流体交界面附近存在较大梯度，数学模型若不在间断处进行特殊处理较易产生数值震荡[1-2]。目前，常用的异重流数学模型主要包括单层或深度平均数学模型，以及三维或立面二维数学模型[3-6]。对于单层或深度平均异重流数学模型而言，不同学者处理间断方式不同，如Klemp等[7]及Ungarish等[8]在计算中采用显式追踪间断位置，另有研究则采用激波捕捉数值格式以自动捕捉数值间断[9-12];这类模型在间断处通常须引入一系列假定（如假定间断处局部弗氏数为某一经验取值[2，7]），且模型中尚须引入卷吸系数、层间阻力系数以反映流体层间的质量交换和动量交换[9-10]，同时，模型无法描述流体界面附近的物理掺混过程。……