一种考虑流体状态方程的土体CFD-DEM耦合数值方法

摘要：

在离散元（DEM）商业软件PFC2D的基础上，通过将描述流体体变-压力非线性关系的Tait状态方程（EOS）引入计算流体动力学（CFD），建立模拟弱可压缩流体的 CFD-DEM 耦合计算模块。首先，推导 CFD-DEM 的控制方程：包括流体-颗粒相互作用力方程、流体运动方程、Tait状态方程和颗粒运动方程。接着，通过PFC2D自定义FISH语言和C++语言将离散化的CFD-DEM控制方程嵌入商业软件PFC2D中。最后，通过单颗粒水下自由沉降运动和一维单面排水固结试验的模拟验证该耦合模块的可行性。模拟结果表明单颗粒自由沉降速度和Stokes 理论解接近，一维单面排水固结试验中孔压消散和固结度随着无因次时间因数Tv的变化均与太沙基固结理论符合较好。从而使得用离散元法全耦合分析土体不排水条件下的力学特性成为可能。

关键词：CFD-DEM数值方法、Tait状态方程、颗粒自由沉降、一维单面排水固结

分类号：TU411(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家杰出青年科学基金项目51025932；教育部博士点基金项目20100072110048

在线出版日期：2014-06-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：793-801