FLOW-3D仿真案例—山洪暴发模拟
关于作者：Jon Wendelbo是FLOW-3D的制造者—Flow Science公司的高级CFD工程师，最近，他开了一个工作博客。第一个帖子发表于2014年2月，迄今为止发表了四篇文章，本文是他博客中的第二篇。 今天我发现自己对山洪暴发感到十分好奇。FLOW-3D的用户应该知道，我们在极端事件的模拟、复杂自由表面等方面做得很出色。第一个问题真是奇怪，问我们能模拟降水吗？以往我们的系统并没有尝试过针对平原洪水，流域此类问题的应用。我估计这很有可能是因为二维方法能够解决大部分问题的原因。所以我这周花了一早上的时间来解决这个问题，我感觉结果是非常振奋人心！在山洪暴发的这个问题中，我觉得我们做的特别好（而且计算有效）。 图1 该研究所用地势图，最上层为疏松层，下层为基层岩
这里用到的两个主要的模型是质量源模型和多孔介质模型。 这个模型建立起来的方法是我们将一个多孔介质上层，叠加在不渗水的基层岩上形成的地势。此外，我们定义这个多孔介质层为上层表面液体的来源。在这次模拟中，建立山洪暴发和强降雨模型共花了我180分钟。较低一层为基岩层，跟预期的一样，流体不仅渗透到上层和可渗透层，也出现了对流现象/纳维斯托克斯行为。一旦可渗透层饱和之后，我们能看到更多的表层水的动态情况，表层水的翻滚导致了峡谷中海拔较低处凶猛的洪水。 图2 降雨前的状态
我之前的工作使我们可以清楚地看到有价值的可控信息。在山洪暴发这个问题上，我们同时模拟了两种情况：一是在峡谷形成的径流和随后的洪流（右边区域），二是小峡谷形成的径流汇合进入附近已形成的水体（左边区域）。 图3 中间阶段，大部分地面仍然在渗透水
降水示意图在时空上贯穿整个区域，而渗水运动在饱和状态和不饱和状态都可以模拟。 图4 强降雨形成激流。在右侧的峡谷处标记了积水和主激流，左边的粗线条表示流体汇入已形成水体中
下面是山洪暴发的仿真动画： 视频 FLOW-3D仿真山洪暴发
你也可以点击这里，在优酷上观看视频。 最后再看一下下方的探析水深随时间的变化，这也是很有趣的，这里我期待能够看到较大的流量和积水。首先当渗水层能有效地吸水时，我们看到表面并没有积水，直到最后我们能观察到降水流入量和洪水流出量的稳定平衡状态。 图5
最后我提醒大家，简单地使用各种子组件拼成区域的方法，你们会更加精通关于降水速率的示意图绘制。 图6
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