淹没射流破土分析与模拟的方法和实验的对比
                                                 张浩1,2，倪福生1,2，顾磊1,2，张浩1,2
                                              (1.河海大学机电工程学院，江苏 常州  213022)
                                          （2.疏浚技术教育部工程研发中心，江苏 常州  213022)
     为研究淹没射流破土的机理和条件，从冲坑形态、冲坑深度等方面进行ALE方法数值模拟和实验模拟。结果表明，ALE方法得出的冲坑形态与冲坑深度和实验结果基本一致，且冲坑发展呈线性变化，与实际情况相同，说明采用ALE方法描述淹没射流破土分析是可行的。

     我国是最早使用疏浚手段的国家，早在春秋时期，我国就开始发展运河的开挖技术，这些技术在现在的生活中还起着重要的作用。在我国存在着极其严重的江河泥沙淤积现象，近40年来，仅长江和黄河流域就存在着130亿m3的淤泥［1］，而由于淤泥的存在，造成了水位上升、水库数量减小等严重问题，最终将导致洪水泛滥。
     水射流技术是近半个世纪以来逐渐发展起来的冷切割技术［2］。水射流技术即通过高压水在喷口的地方形成水流，对目标物体进行冲刷的一种技术。高速水射流利用喷嘴口出来的高速水流形成极高的动能，从而实现射流的刚体化，部分射流甚至可以用来切割岩石［3］。水射流技术包括清水射流以及混合磨料的磨料射流等。在疏浚工程中，利用水射流技术，使河底的泥沙等颗粒化，再通过疏浚泥泵进行抽吸，将大大提高疏浚作业的效率。目前水射流技术的数值模拟还不是非常的成熟，常用的有Fluent、Flowd-3D、SPH以及ALE等。
     本文主要采用基于LSDYNA程序的ALE方法数值模拟射流冲刷，通过对比二维垂向射流冲刷实验，验证ALE方法的正确性，并找出射流冲刷的一些规律，为射流冲刷的研究发展提供理论基础。

1 LSDYNA与ALE方法简介
1.1LSDYNA介绍(21*2〗1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司，推出LSDYNA程序系列，LSDYNA主要由2D、3D等应用软件组成。1997年LSTC公司将旗下的诸多软件组合成一个软件包，俗称LS-DYNA。
LS-DYNA［4］是以显式为主、隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，它以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法，对二维、三维高速碰撞，金属成形等问题有着很强的处理能力。

1.2ALE方法介绍
1.2.1ALE、Lagrange和Euler坐标间的映射关系
  如图1所示，x,X以及χ坐标系分别为Euler、Lagrange以及ALE坐标系。从图中可以看出:Euler坐标系固定在空间上且不随物体的运动变形而改变；Lagrange坐标系的网格节点固定在材料节点上，当材料运动变形时，X坐标会跟随改变；而ALE坐标系独立于Euler坐标系和Lagrange坐标系，其网格可以做任意移动。

〖TP13601.TIF，+50mm〗〖HT5”K〗〖JZ〗图1〓ALE、Lagrange和Euler模型坐标对比.....

基金项目：〖HTSS〗中央高校基本科研业务经费资助项目（26120132013B10314）
作者简介：〖HTSS〗张浩（1990—），男，江苏淮安人，河海大学硕士研究生，主要研究方向为疏浚设备与技术。



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