單裂隙中粗糙元及其疏密度對水流特性影響模擬研究.pdf

1、基巖裂隙中的地下水水流特性的研究已成為環(huán)境和水文地質領域一個非常重要的研究方向。單裂隙是構成裂隙介質的基本單元,裂隙結構面的粗糙程度是影響基巖裂隙水的水力特性的一個重要指標,但是對于裂隙面粗糙程度的有效描述卻一直是研究裂隙介質中水流運動的難點。本文以Fluent6.2.2模擬軟件為工具,模擬在不同形狀粗糙元及其不同疏密度條件下單裂隙介質中的水流流動,并分析相關參數(shù)之間的關系,取得主要研究成果和結果如下:
　　(1)通過分析不同裂隙

2、中速度分布云圖可以看出:粗糙元形狀對裂隙中水流運動影響大小為:矩形>正弦>三角形。粗糙元疏密度分布越密對水流運動的影響越大,紊流的現(xiàn)象也愈發(fā)明顯;裂隙中水流壓力分布也具有類似的規(guī)律。
　　(2)分別用達西方程,Forchherimer方程和Izbash方程擬合V-J曲線,可以得出,裂隙介質中V-J曲線呈明顯的非線性關系。當流速較小時,Forchherimer方程和Izbash方程都能較好的擬合V-J關系;隨著流速的增大,Forch

3、herimer方程的擬合效果要優(yōu)于Izbash方程。Forchheimer方程中二次項系數(shù)值隨著粗糙元疏密度增加而增大。用Izbash方程擬合時,在三角形和正弦對應的擬合方程中, v的系數(shù)m隨著粗糙元分布密度增加先增大后減小;矩形擬合方程中,m值隨著分布密度增加而增大。
　　(3)立方定律計算的單寬流量值與模擬值的差值隨著J的增加而增加。實際單寬流量值比立方定律求得的值縮小了一定倍數(shù),且不同疏密度時縮小倍數(shù)不同。不同裂隙中求得平均

4、隙寬冪指數(shù)n值均大于3,符合超立方定律。水力梯度指數(shù)m隨著平均隙寬的增大而減小。
　　(4)在不同裂隙中,臨界速度(Jv=Ji)隨著隙寬的增加而增大;隨著粗糙元疏密度的增加呈先增大后減小的趨勢。
　　(5)不同裂隙中均有:離入口端越遠,滲透系數(shù)K值越大,且增加越迅速。滲透系數(shù)K與對應水平距離L相關性隨粗糙元分布密度的增加呈先增大后減小的趨勢。
　　(6)由不同裂隙中雷諾數(shù)Re與阻力系數(shù)λ的關系曲線圖可知:流速較小時,λ