【摘要】：拋石作業(yè)作為一項(xiàng)基本的作業(yè)方式，廣泛存在于我國(guó)沿江沿海地區(qū)，例如農(nóng)業(yè)水利工程中的護(hù)岸工程及防汛搶險(xiǎn)，還有港口建設(shè)、橋基保護(hù)等方面。然而，塊石在拋投之后，不僅會(huì)受到水流和自身重力的作用，往往還會(huì)受到其它塊石的碰撞，其下落的軌跡和位置難以確定。一旦拋石不到位，不僅起不到固定根基的預(yù)期效果，反而增加了根基的負(fù)荷，從而造成整修工程任務(wù)繁重，增加了勞動(dòng)成本，降低了作業(yè)效率。因此有必要對(duì)拋石作業(yè)過(guò)程中塊石的沉降過(guò)程進(jìn)行研究。 本文以兩類顆粒（玻璃顆粒和鵝卵石）和水為研究對(duì)象，在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行顆粒在水中的沉降試驗(yàn)，以此來(lái)模擬拋石作業(yè)中塊石的沉降過(guò)程。通過(guò)采用高速攝像技術(shù)，對(duì)顆粒的沉降過(guò)程進(jìn)行跟蹤，得到了顆粒在沉降過(guò)程中的仿真參數(shù)和對(duì)比數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)之上，采用DEM-CFD耦合的方法來(lái)模擬顆粒在水中的沉降過(guò)程。基于國(guó)內(nèi)外有關(guān)固液耦合理論，將顆粒按離散體系處理，通過(guò)牛頓定律求解每個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)，即離散元法（DEM）；將液體按連續(xù)介質(zhì)處理，通過(guò)求解Navier-Stokes方程得到液體的運(yùn)動(dòng)，即計(jì)算流體力學(xué)方法（CFD）；最后采用EDEM-FLUENT軟件的耦合，對(duì)不同顆粒模型在水中的沉降過(guò)程進(jìn)行了模擬，通過(guò)仿真與試驗(yàn)的對(duì)比，驗(yàn)證該方法的有效性，以期為拋石作業(yè)的理論研究提供一種新的方法。本文的主要工作和結(jié)果如下。 （1）對(duì)拋石作業(yè)和固液兩相流的研究現(xiàn)狀、DEM-CFD耦合理論及其應(yīng)用進(jìn)行了討論與總結(jié)； （2）根據(jù)固液耦合仿真分析的需要，對(duì)6種顆粒（球形玻璃顆粒、非球形玻璃顆粒、鵝卵石Ⅰ、鵝卵石Ⅱ、鵝卵石Ⅲ和鵝卵石Ⅳ）的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試與計(jì)算，包括直徑、三軸尺寸、密度、靜摩擦系數(shù)、彈性模量和剪切模量的測(cè)試與計(jì)算； （3）在實(shí)驗(yàn)室條件下，進(jìn)行了顆粒在靜水和動(dòng)水中的沉降試驗(yàn)，以此來(lái)模擬拋石作業(yè)過(guò)程中塊石的沉降過(guò)程。通過(guò)采用高速攝像技術(shù)，對(duì)顆粒的沉降過(guò)程進(jìn)行跟蹤，得到了顆粒與壁面以及顆粒與顆粒之間的碰撞恢復(fù)系數(shù)、顆粒下落和回彈過(guò)程中豎直方向上的高度和速度隨時(shí)間的變化、顆粒沉降過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡和拋石落距等數(shù)據(jù)； （4）采用DEM-CFD耦合方法仿真分析了顆粒在水中的沉降過(guò)程，首先建立顆粒和玻璃水箱的幾何模型，并在軟件中進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，然后在靜水和動(dòng)水兩種情況下，對(duì)組合球建模方法和等效球建模方法建立的顆粒模型分別進(jìn)行仿真，最后將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。初步證明了采用DEM-CFD耦合方法仿真分析顆粒在水中沉降過(guò)程的有效性，為拋石作業(yè)的理論研究提供了一種新的方法。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：S222.57

【參考文獻(xiàn)】

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1 徐姚,張政,程學(xué)文,鄭玉貴,柯偉,姚治銘;旋轉(zhuǎn)圓盤上液固兩相流沖刷磨損數(shù)值模擬研究[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年03期

2 鐘麗,黃雄斌,賈志剛;用CFD研究攪拌器的功率曲線[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年05期

3 鐘麗,黃雄斌,賈志剛;固-液攪拌槽內(nèi)顆粒離底懸浮臨界轉(zhuǎn)速的CFD模擬[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年06期

4 何源;張?jiān)霭l(fā);劉曙光;T.atiana Volkova;;拋石護(hù)岸穩(wěn)定粒徑不同計(jì)算公式的對(duì)比分析[J];浙江水利科技;2010年04期

5 徐泳,孫其誠(chéng),張凌,黃文彬;顆粒離散元法研究進(jìn)展[J];力學(xué)進(jìn)展;2003年02期

6 潘慶q

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