案例2 - 骆马湖泥沙沉积仿真

1. 案例介绍

本案例体验利用格物云CAE三维泥沙模块,搭建江苏骆马湖的仿真模型,进行泥沙沉积的仿真模拟。

2. 操作说明

2.1 矢量数据

将研究区域的坐标系设置为3857。

利用画轮廓工具,描绘出骆马湖区域的形状,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为骆马湖,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。

第一条边界,选中骆马湖入口的线段,命名为in并保存。

第二条边界,选中骆马湖出口的线段,命名为out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。

  • 赋值类型:高程
  • 范围:选择 骆马湖
  • 赋值边距:5
  • 数值类型: 常量
  • 赋值: -10
  • 点击确定

赋值后网格如下图所示。

再然后对三维部分网格进行分层,选择5层即可。

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0m。

2.4.2 边界条件

对于边界条件,设定入湖口为流量边界,出口为水位边界。 边界一:流量边界,点击加号,选择in的边界,设定入流为3000m3/s,无示踪物,保存。

边界二:水位边界,选择out,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0.02(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10s,模拟总时间为12小时,即43200s。

2.4.5 结果配置

在结果界面需要勾选水深、水位、高程、速度标量、流量标量等,是我们后续导出流速场的前提条件。并设定结果输出频率为6时间步/帧,即每60s一个输出结果。 3D输出变量里勾选上高程。

2.5 泥沙设置

2.5.1 泥沙性质

我们选择两种不同颗粒直径的泥沙,具体设置如下图。

2.5.2 输运机制

我们采用推移质输沙,输沙公式采用MPM (Meyer-peter and Muller) 公式, 勾选二次流修正和底床坡度修正,选用推移质输运方向修正公式为Koch & Flokstra formula、推移质输运率修正公式为Koch & Flokstra formula,并且定义β的值为 1.3,α的值为1。

2.5.3 床层模型

设定初始床层数为2,如下图所示,泥沙级配和数值参数保持默认即可。

2.5.4 泥沙边界条件

泥沙边界条件选择平衡输沙流量。

2.5.5 结果配置

结果配置勾选如图的选项,包括高水深、床面剪应力、河床演变和输沙量。

2.6 仿真计算

全部配置完成后,点击仿真计算菜单,点击水沙耦合求解,开始计算。

3. 结果展示

3.1.1 水动力结果

点击水动力结果,选择水深或水位等不同物理场,可以观察到它随时间的变化。

3.1.2 泥沙结果

点击泥沙结果,选择河床演变,可以观察到在出口部分出现了泥沙的堆积现象,河床形态发生变化。 感兴趣的用户可以将计算时间延长,可以观察到更为明显的现象。