基于格子Boltzmann法的透水瀝青路面材料水滲流模擬

摘要：為了研究水在透水瀝青路面材料空隙滲流問題,應用格子Boltzmann方法(LBM),建立了二維模型,從空隙尺度模擬了由3種不同的形狀(圓形、橢圓形和矩形)顆粒組成的人工多孔介質中的流體流動。研究了透水瀝青路面材料的結構特征和水力學特征,以及無量綱滲透率與空隙率、形狀(圓形、橢圓形和矩形)及高寬比(橢圓的長短軸之比、矩形的長寬比)之間的關系。結果表明:橢圓形狀的多孔介質無量綱滲透率最大,而圓形的滲透率最小,矩形形狀的多孔介質滲透率介于兩者之間。當空隙率較低的情況下,空隙率對無量綱滲透率影響較小;當空隙率增大到某一值時,空隙率對滲透率的影響明顯。對于橢圓形狀的人工多孔介質,在相同空隙率情況下,無量綱的滲透率大致與橢圓形狀的長短軸之比近似為線性關系。格子Boltzmann方法從微觀機理上揭示了動水在透水瀝青路面內部的輸運規律,而且與傳統的計算流體力學方法相比,處理復雜的邊界條件比較容易,并行計算性能良好。研究成果為格子算法在相應領域應用提供了理論與實踐依據。