《表1 网格划分方案：水下输气管道泄漏扩散特性模拟研究》

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《水下输气管道泄漏扩散特性模拟研究》

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计算域通过Patch选项将其分为水域和空气域，空气域上部设为压力出口边界，计算域的侧面和底部设为无滑移固壁边界，底部中心半径1.5 mm的泄漏孔为空气入口，泄漏孔的初值条件在DPM模型中设置，在DPM模型中将入口边界条件设置为流量入口，该值与实验中的泄漏速率相对应。水下输气管道的泄漏是一种瞬态湍流过程，因此模型采用k-ε湍流模型和非稳态压力基求解器以及适用于求解非稳态流动的PISO算法。同时由于气体的可压缩性以及与水体之间的密度差，所以在VOF模型中选用隐式体积力公式。对于气泡上升过程中的破裂和合并通过编写UDF函数导入气泡密度和尺寸模型。为了对网格进行独立性检验，通过设置最大网格尺寸、网格层数、第一层网格点与端点之间的距离等参数，得到不同网格划分方案，具体方案如表1所示。图2是水深1.1 m、泄漏孔径为3 mm时不同网格数下羽流上升时间与实验值的对比，从图中可以看出，网格数为37.6万个和102.9万个对羽流的上升时间影响不大，网格数越多越接近实验值，为了加快计算速度并考虑模型的准确性，选择网格数为37.6万个的模型来模拟气体在水体中的泄漏扩散过程。