案例1 - 什刹海边界冰形成仿真

1. 案例介绍

本案例体验利用格物云CAE二维河冰模块，搭建北京什刹海边界的仿真模型，进行边界冰形成仿真预演。

2. 操作说明

2.1 矢量数据

首先我们打开，在矢量步骤阶段，将研究区域的坐标系设置为EPSG:3857，拖入准备好的湖泊文件，应用。

2.2 生成几何

点击几何，点击生成几何，在弹出的窗口中主网格轮廓选择为河流，点击生成几何。 点击几何分组，点击添加，在分组位置下方的方框里选中想要的线段，或者用鼠标靠近想要选中的线段，被靠近的线段会变成绿色，点击后该线段被选中并变成红色。给模型设置上下游边界。 第一条边界，选中湖泊上游入口的线段，命名为in_1并保存。 第二条边界，选中下游出口的线段，命名为out_2并保存。

此外，选中入流出流以外的全部边界，命名为edge并保存。

2.3 生成网格

点击网格，点击生成网格，在弹出的窗口中配置主网格和子网格的尺寸，可参考图中尺寸，保存。配置完成后点击生成网格，稍等片刻后，可以看到图中生成了网格。 接下来对网格进行地形赋值。点击网格赋值，点击添加按钮，会弹出赋值窗口，选择常量0m，应用。

2.4水动力模型参数

点击模型菜单。

2.4.1 初始条件

点击初始条件，设置模型初始条件，我们选择均匀初始场，设定常数水位为10m。

2.4.2 边界条件

对于边界条件，设定上游为流量边界，下游为水位边界。 边界一：流量边界，点击加号，选择上游in_1的边界，设定入流为100m3/s，无示踪物，保存。 边界二：水位边界，选择下游out_2，设定水位为10m。

2.4.3 底部摩擦

设置模型的底部为均匀的摩擦系数0.025（曼宁系数）。

2.4.4 计算时间

其余选项我们保持默认就可以，接下来在计算时间选项卡中设置计算步长和计算时间。为保证计算稳定，这里设置时间步长为20s，模拟总时间为半天，即43200s。

2.4.5 结果配置

在结果界面需要勾选水深、水位、高程、速度等，并设定结果输出频率为10时间步/帧，即每200s一个输出结果。

2.4河冰模型参数

2.4.1 通用模型设置

热能平衡计算模式选择完全模型，大气热交换选择完整热平衡模型，物理参数保持默认，气象参数将空气温度改为-15℃

2.4.2 水内冰模型设置

水内冰模型的设置如下图所示。

2.4.3 冰盖模型设置

冰盖选择边缘冰盖模型（注意动态冰盖和边缘冰盖不能同时打开），其余设置如下图所示。

2.4.4 河冰初始条件

设置一开始水体内无任何河冰存在（即浓度均为0）

2.4.4 结果配置

设定输出频率同样为10时间步/帧，并如图所示，勾选冰盖总览相关的变量

2.5 仿真计算

全部配置完成后，点击仿真计算菜单，点击32核开始计算。

3 结果展示

3.1 水内冰形成情况

查看河冰结构二维云图，可以较明显地看到水内冰形成的过程。

3.2 边缘冰盖形成情况

查看边缘冰盖厚度变量，可以看到水面沿着湖泊边缘逐渐冻结的过程。