Трёхмерное моделирование схода лавинных потоков средствами пакета OpenFOAM

  • Д. И. Романова
Аннотация.

В работе создана модель схода лавинного потока в пакете OpenFOAM, где лавина смоделирована как двухфазный турбулентный поток (снег — воздух). За основу был взят численный метод для решения задач движения двухфазных сред с поверхностью раздела — метод переноса объёмной доли (VOF). Данный алгоритм реализован в решателе InterFoam, который и был использован в работе. Использовалась K − ε модель турбулентности. В модели снег был представлен как нелинейно вязкая жидкость, описываемая реологическими соотношениями Хершеля-Балкли. Воздух представляет собой вязкую ньютоновскую среду. Для описания модели используются осреднённые по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса, реологические соотношения, а также уравнения для турбулентной кинетической энергии и диссипации. Построена расчётная область лавинного очага номер 22 горы Юкспор Хибинских гор на основе цифровой модели рельефа формата ASCII GRID. Взяты карты зоны зарождения и зоны отложений 129-ой лавины, глубина снежного покрова в зоне зарождения составила 1,5 метра, рассчитан поток, возникающий в зоне зарождения, и сравнивается модельная зона отложения с натурными данными. Также смоделировано движение снего-пылевого облака. Получены распределения скоростей, давления и объёмной доли снега во все моменты времени, форма лавинных отложений. Средняя скорость потока составила 44,8 м/с, что близко к действительным скоростям движения лавин в данном очаге. Максимальная скорость лавинного потока (включая снего-пылевое облако) составила 78 м/с. Данные результаты позволяют оптимально проектировать противолавинные сооружения и определять лавиноопасные территории.

Издание: Труды Института системного программирования РАН, том 29, вып. 1, 2017, стр. 85-100
DOI: 10.15514/ISPRAS-2017-29(1)-6
ISSN: 2220-6426 (Online), 2079-8156 (Print)