案例6 - 莱州湾波浪仿真模拟

1. 案例介绍

本案例利用格物云CAE三维海洋波浪模块,搭建莱州湾地区的波浪模型,进行波浪仿真模拟。

2. 操作说明

2.1 矢量数据

将研究区域的坐标系设置为3857。 利用矢量上传工具,在上传界面拖入准备好的莱州湾研究区域形状文件,上传后命名保存。

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莱州湾轮廓,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。

点击图中的左下入海口线段,命名为in,作为流量输入的边界。

点击图中上方的海域,命名为sea。

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。

  • 赋值类型:高程
  • 赋值边距:10
  • 赋值范围:选择莱州湾
  • 数值类型:TIF/XYZ-value型数据
  • 上传地形数据:lzw.tif
  • 点击确定

赋值后网格如下图所示。

2.4 网格设置

垂向网格层数设置为5层

3. 水动力模型参数设置

点击水动力设置-模型菜单。

3.1 初始条件

点击初始条件,设置为均匀初始场,初始水位10m。

3.2 边界条件

对于边界条件,设定入海口的流量边界条件。流量设置为2000m3/s,施加位置设置在边界in上。

3.3 底部摩擦

假设整个计算域的底部摩擦均匀,选择曼宁摩擦系数0.03。

3.5 计算时间

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10s,模拟总时间43200s。

3.6 水动力结果配置

在结果界面可以勾选水深、水位、速度等。并设定结果输出频率为6时间步/帧,即每1分钟一个输出结果。

4. 海洋波浪模型参数设置

点击海洋波浪设置中的模型菜单。

4.1 初始条件

点击初始条件,设置模型初始条件,设置初始波浪场状况。

4.2 边界条件

设置波浪边界的输⼊形式,参照下图设置。 其中,波浪频率,以及波浪主⽅向,数值敏感性较⾼。将设置好的边界条件施加到sea边界上。

4.3 源汇项

点击源汇项菜单,开启考虑风的影响。

  • X方向风速为5m/s,Y方向风速为-5m/s
  • 风生波:WAM cycle3 模型,风生波系数填写1.2
  • 强逆流耗散:WESTHUYSEN公式 其余参数保持默认

4.3 波浪设置

  • 方向数:12
  • 最小频率:0.01
  • 频率比率:1.1
  • 频率数:30

其余模型参数设置保持默认即可。

4.4 计算时间

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10s,计算步数为4320步,即模拟总时间为43200s。

4.5 结果配置

在结果界面可以勾选有效波高、平均波浪方向、波浪能量、平均波向离散度等。并设定结果输出频率为6时间步/帧,即每1分钟一个输出结果。

5. 仿真计算

全部配置完成后,点击仿真计算菜单,选择耦合计算,打开波浪驱动作用,耦合周期为1。选择32核,点击开始计算,等待完成计算。

6. 结果展示

6.1 水动力结果云图

查看结果,可以查看水动力结果如水位。

6.2 波浪结果云图

查看波浪计算结果如有效波高,平均波向离散度等的运动情况。