Трёхмерное моделирование схода лавинных потоков средствами пакета OpenFOAM

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.

лавиноведение, турбулентный поток, двухфазная среда, жидкость Хершеля-Балкли

1. Эглит М.Э., Якубенко А.Е. Влияние захвата донного материала и неньютоновской реологии на динамику турбулентных склоновых потоков. Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2016, № 3, стр. 3-15. DOI: 10.7868/S056852811603004X

2. Eglit M.E., Yakubenko A.E. Numerical modeling of slope flows entraining bottom material. Cold Regions Science and Technology 108 (2014), 139–148

3. Joel H. Ferziger, Milovan Perit. Computational Methods for Fluid Dynamics - 3., rev. ed. - Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hong Kong; London; Milan; Paris; Tokyo: Springer, 2002.