三维海洋波浪

三维海洋波浪模块可以对风生波、波浪变化等等进行时间和空间上的模拟,还可以与水动力模块进行耦合,考虑潮汐等因素,广泛适用于海洋、沿海、河流入海口、内海等区域。本基础教程将介绍三维海洋波浪建模设置项,帮助用户快速了解格物云CAE-三维海洋波浪模块功能。

1. 矢量

在矢量数据选项卡中,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

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中,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。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中,用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

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. 水动力设置

4.1 模型

点击展开左侧“水动力设置”下的“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。

4.1.1 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。

4.1.2 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、潮汐边界。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。对于潮汐边界,用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.1.3 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。

4.1.4 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。

4.1.5 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。

4.1.6 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。

4.2 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。

4.3 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。

5. 海洋波浪设置

5.1 模型

点击展开左侧“海洋波浪设置”下的“模型”分支,用户可分别对初始条件、边界条件、源汇项、波浪设置以及计算格式进行设置。

5.1.1 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。可设定初始静水位、初始角度分布函数、初始波谱类型不同波谱类型下的初始参数。

5.1.2 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,三维海洋波浪模块可设置波浪边界。对于波浪边界边界,用户可设定波浪传入边界的边界波谱类型以及对应波谱类型下的参数,例如,边界有效波高、边界峰值频率、边界主方向等等。

5.1.3 源汇项

在源汇项选项卡中,用户可以开启或关闭“风的影响”,开启后初始和边界选项卡中的可设置参数会增加风相关内容。源项选项卡中风相关可设置参数为:XY方向风速、风生波模式、风生波系数等。其他可考虑的波浪相关源汇项为:白帽耗散、浅水破碎耗散、底部摩擦耗散、强逆流耗散、三相波、非线性传递等。

5.1.4 波浪设置

波浪设置选项卡中,可以设置波浪的方向数、最小频率、频率比率、频率数。

5.1.5 计算格式

在海洋波浪的计算格式选项卡中,可以开启或关闭球坐标系、设置中断时间步长数、源项迭代数。

5.2 计算时间

在计算时间选项卡中,可对时间步长、计算步数进行定义。用户填入的计算步数会转换为模拟总时长,方便查看。

5.3 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有效波高、平均波浪方向、平均波向离散度、海底面高程、风速、水深、流速、XY方向驱动力、波浪能量等等。

6. 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。

7. 计算结果

7.1 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。

7.2 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。

7.3 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 - 烟台近岸波浪耗散模拟

案例2 - 烟台沿海潮汐波浪耦合仿真

案例3 - 渤海湾风生波仿真模拟

案例4 - 黄海沿岸风生波仿真模拟

案例5 - 台湾海峡波浪能量模拟

案例6 - 莱州湾波浪仿真模拟

案例7 - 瓯江入海口波浪仿真

案例8-海州湾风生波仿真模拟

案例9-金门岛波浪仿真模拟

案例10-闽江波浪仿真模拟