三维水动力

三维水动力模块求解纳维-斯托克斯方程以及传输扩散等三维方程,可给出三维网格中每个点上的三个方向速度和传输量浓度等结果,以及模型水深变化等主要结果,适用于研究河流、海洋、湖泊、水库等水域的纵向及横向速度、示踪物等变化的场景。本基础教程将介绍三维水动力建模设置项,帮助用户快速了解格物云CAE-三维水动力模块功能。

1. 矢量

在矢量选项卡中,用户指定工程使用的坐标系,并选择矢量地图或卫星地图为底图,创建多边形、线、点类型的矢量形状。所创建的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

在几何选项卡中,用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”,把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”,且设置为可淹没区域;把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”,且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

3. 网格

3.1 生成网格

在网格选项卡中,用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”,模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”,用户需设置网格的尺寸范围:最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外,还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后,点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中,可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值,并可自定义赋值范围,调整赋值边距。

3.3 网格设置

在三维模块中,可以点击网格设置选项卡,进行网格等分层数的定义。

4. 模型

点击展开左侧的“模型”分支,用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、源汇项进行设置。

4.1 初始条件

在初始条件选项卡中,用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括:全场均匀、随空间变化。

4.2 边界条件

在边界条件选项卡中,用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中,可选边界属性包括:水位边界、流量边界。水位、流量边界值的可选类型包括:常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。

4.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中,用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中,可选的摩擦模型包括:无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括:全场均匀、随空间变化。

4.4 湍流

在湍流选项卡中,用户可对垂直和水平两个方向的湍流模型、扩散系数进行设置。其中,可选的湍流模型包括:均一模型、k-ε模型。

4.5 天气因素

在天气因素选项卡中,用户可对天气模型、气象值进行设置。其中,可选的天气模型包括:简化降雨模型、简化蒸发模型。选定天气模型后,用户需设置不同模型对应的参数,如降雨量、蒸发量、时长等。可以设置的时变气象值有:风速、风向、气压等。

4.6 源汇项

在源汇项选项卡中,可选择点或面类型的源汇项,设置源汇项的名称坐标位置和三维空间中的高程、源汇项的流量,并可以添加常数或随时间变化的示踪物。

5. 计算时间

在计算时间选项卡中,可对时间步、总模拟时长进行定义。其中,时间步可设为固定值,也可以设置为随库朗数变化。

6. 结果配置

在结果配置选项卡中,可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中,可选的输出变量包括三维的高程(水位)、流速(X方向的流速、Y方向的流速、Z方向流速)、示踪物;以及二维的水深、水位、高程、流量(X方向的流量、Y方向的流量、流量标量)、流速(X方向的流速、Y方向的流速、流速标量)、示踪物等等。

7. 仿真计算

在仿真计算选项卡中,用户可选择计算所需要的核数。点击“开始计算”按钮提交计算。

8. 仿真结果

在结果配置选项卡中,用户可以选择计算核数并点击“开始计算”按钮提交计算。点击展开左侧的“仿真计算”分支,可分别查看结果云图、点位分析。

8.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示,点击播放按钮,既可看到计算结果变量(如水深、水位、流量、流速等)随时间变化的过程。用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

8.2 点位分析

在点位分析选项卡中,选择点矢量,提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线,还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

8.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面,即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1 - 余杭塘河桥墩绕流仿真模拟

案例2 - 余杭塘河支流节制闸泄洪模拟

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案例4-常州市滆湖污染物扩散模拟

案例5 - 杭州市湘湖多点位污染仿真模拟

案例6 - 乌镇污染物清除仿真预演

案例7 - 广西黔江大坝鱼道仿真模拟

案例8 - 青山水库泄洪洪水推演仿真

案例9 - 浪川溪桥墩形状绕流仿真

案例10 - 嘉兴河网污染物扩散模拟

案例11 - 淮河污染物示踪仿真