浮冰块底面水压力的RNG k-ε数值模拟：影响因素与验证

本文主要探讨了浮冰块底面水压力分布的数值模拟方法，由罗昉昕和赵新两位作者在2013年4月发表在《水资源与水工程学报》第24卷第2期上。研究背景是冰块在运动过程中，如遇到冰盖阻力，可能会停止或下沉，其运动形式与作用于冰块的力密切相关。为了深入理解这些力学特性，研究人员采用了体积分数（VOF）方法来精确追踪自由水面的变化，并将其与RNG k-ε紊流模型相结合，进行浮冰块底面水压力的数值模拟。 VOF法是一种广泛用于液气两相流动问题的计算流体动力学方法，它能够有效地处理自由界面的复杂形状和运动。通过这种方法，研究者能够模拟出冰块在不同流速和冰厚条件下的水压力分布情况。研究的关键发现包括： 1. 冰块前缘形状对水压力分布的影响：相较于矩形断面的冰块，圆形断面的冰块表现出更弱的前缘分流效应，但文丘里效应基本相同。这意味着圆角设计可以减少冰块前端的局部压力变化，有助于改善其在水体中的稳定性。 2. 流速与冰厚对压力的影响：随着流速的增加和冰厚的增大，冰块底面的压差显著增大，这可能导致更大的压力梯度。同时，冰块前缘的最大压差范围也会扩大，表明压力分布更加不均匀。值得注意的是，压强恢复的速度会随着这些因素的增强而减慢，反映了动态平衡的复杂性。 通过与Dow Ambtman物理模型试验数据的对比，该数值模拟方法得到了验证，证明其在描述浮冰块底面水压力分布方面的准确性和可靠性。这项研究对于理解浮冰运动过程中的应力分布、冰川消融和海洋动力学等方面具有重要的理论和实践意义，为冰川学、海洋工程等领域提供了宝贵的数值分析工具。