VirtualFlow | 地下车 库进水仿真计算
郑州“7.20”特大暴雨
地下车 库进水仿真计算
在现代城市中，为了深入利用城市空间，在居住、交通各领域设计了大量的地下设施，这些地下设施中的地下车 库、地铁站、地下通道等均属于容易遭受水淹，此类设施在设计之初，就应对暴雨可能造成的洪水侵入进行预先研究，合理设置排水口和应急避难出口，以避免对人身安全造成威胁。
VirtualFlow
通用计算流体力学软件VirtualFlow具有领先的网格技术、丰富的多相流模型以及更多功能的拉格朗日粒子追踪方法，可以模拟单相、多相/多组分流动以及复杂流体，可用于石油&天然气、化工&过程工艺、环境&市政、水利工程、汽车等领域流体仿真分析。
VirtualFlow 独特的网格技术可实现网格自动快速生成，节约前处理时间。对于界面流问题，VirtualFlow可实现界面精确捕捉，可进行洪水、泥石流等自然灾害模拟预测，可用于水利工程溢洪道设计、蓄水、大坝溃坝计算模拟。
本案例以某小区的地下车 库为例，采用VirtualFlow模拟地下车 库水淹过程，计算流程如下：
1 | 构建地下车 库空间几何模型，包括基本结构、设施（如车辆、设备）、排水口等； |
2 | 获取进水条件，包括流量，位置； |
3 | 构建求解域及网格； |
4 | 设置边界条件； |
5 | 分析计算结果，给出进水评估报告； |
6 | 如需结构分析，可导出数据进行进一步分析。 |
地下车 库几何模型
地下车 库长约28米，宽约18米；
设置有一个车辆出入口和一个行人出入口；
车 库内部共有13个停车位；
为计算简便，在不影响计算结果的前提下，对车辆结构做适当简化。
前处理
VitualFlow采用浸入表面网格技术，只需将模型浸入到结构化网格区域中即可完成前处理工作，下图为地下车 库网格划分示意，本案例采用200万网格。
地下车 库网格划分
计算设置
案例具体的求解设置如下：
进水速度：5m/s
时间步：10000
时间步长：0.01s
物理时间：1000s
湍流模型：k-e
多相流模型：Level Set
此外，边界条件为：入口设置为速度入口，车 库正上方设置为壁面，人行出口设置为压力出口。
计算结果
两相分布
可以看到，一开始水流对最前排的车辆造成冲击，并溅起大量水花，然后水流径直冲向正对入口的车 库底部；随着水流的进一步侵入，水流呈回旋状蔓延至整个地库；由于地库内车辆、立柱、墙壁等结构，使得水流的流动状态特别复杂，可见大量的涌浪和涡团。
速度分布
速度矢量分布
VitualFlow计算得到的结果进一步分析速度可得到速度矢量的分布（矢量箭头表示水流方向，颜色代表矢量大小）：
以上为VirtualFlow处理地下空间进水问题的全过程，包括模型、网格、求解设置、边界条件以及结果，该案例虽然简单，但处理该问题的方法类似。
VirtualFlow可以对地下空间进水问题进行模拟，有以下应用场景：
分析进水流速对地下空间的影响，大流量入水时，流速大，流场复杂，人员很难在水中保持稳定，应及时关闭进入地下空间的通道；
合理设计排水口，可根据流速分析，合理设置排水口的大小方向，从而利用水流本身的流向；
合理设置逃生出口，根据水流发展路径，设置逃生路线和逃生口；
通过耦合结构分析，可计算水流对建筑物、车辆、人员的冲击。
