MIKE21水动力模块计算操作流程(第四步

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MIKE21水动力模块计算操作流程(第四步

2024-07-10 07:13| 来源: 网络整理| 查看: 265

本专栏主要讲一讲关于模型参数设置的问题,闲话少叙,我们直奔主题。

第一步:打开软件,见图1,本模块主要基于非结构网格(第一个模块主要基于结构网格)

图1

第二步:导入地形文件.mesh。第二个选择项中minimum depth cutfoff表示最小水深截断值,地形大于这个值用截断值代替(意思就是说你设置的是0,地形大于0的全都用0代替)。Datum shift表示基准面转化+1表示地形值减去1(可以参考“第三步——开边界强迫设置”专栏中的最后面关于基准面转换的那张图,+1就是基准面往上面移了,水也就跟着变深了,其实水还是那么深,只是我们的基准面不同)。Include reordering表示网格重新排序,选中会节省计算时间,但会导致输出的结果网格编号与原始网格不统一,因为后面做计算可能会用到,建议最好还是统一。

图2图3

第三步:设置模拟时间。第一项步长个数,第二项时间步长,第三项起始时间,图4中起始与结束时间为2004.01.01 0:00:00——2004.01.01 0:50:00,其中50分钟就是100*30。

图4

第四步:水动力模型参数设置。第一项求解方程,一般选用低阶求解就可以了,下面三项一个是最小时间步长,最大时间步长(Time中的时间步长要大于这个最大时间步长,这个表示是模型求解的最大时间步长,你求解的时间步长,不管最大还是最小,总之都要小于我模型设置的时间步长),CFL控制条件,模型稳不稳定主要通过它来判断,默认大于0.8不稳定,小于0.8稳定(主要和网格尺寸和时间步长有关,要想满足CFL条件,一般情况下都是减小时间步长或将网格调大,关于这里,我是这么理解的,减小时间步长其实就是希望能将模型结果计算的更精细一些,举个例子,我想计算2秒的模拟情况,设置时间步长“长”的计算过程计算了第1s和第3s,中间的第2s没计算,而设置“短”的时间步长则计算了第2s,如果从第2s到第3s比如说流速变化不大的话,你选用“长”的时间步长模型应该不会出现不稳定的现象,但是,如果从第2s到第3s流速变化比较大,而我们又选用“长”的时间步长,没有将第2结果计算出来,这样就会导致模型不稳定。对于调大网格大家可以这样想,如果我研究区域就一个网格,我的模型是不是是绝对稳定的呢?你给什么初始条件他就是什么样,或者换句话说,我研究区域只有5个网格和有10个网格,虽然10个网格比5个网格能更好的刻画比如流场情况,但是5个网格是不是能更快的将强迫条件传递过去呢,一个消息通过5个人传总要比10个人更稳定吧)。

图5

第五步:水深校正。其实这一块和你改mesh文件是一个道理。

第六步:干湿网格判断。默认小于0.005为干,大于0.1为湿,大于0.005小于0.1为半湿半干。

第一种网格不参与计算,第二种只计算连续性方程,不计算动量方程,第三种连续性方程+动量方程都计算。(这一块主要在海岸线附近会用到,如果没有什么特殊需求,采用默认值就可以了)。

第七步:正压和斜压(实际上,海洋中全都是斜压状态没有正压状态,因为温度和盐度总是不均匀分布的,但是,在考虑问题的时候需要我们先从理想状态下出发,然后,再深入研究,其实,一个方程,一个程序代码,一件事都是从简单到复杂。如果这一项对于我们的模拟结果没有什么影响,一般将其考虑成理想状态就可以了,这样既会节省我们的时间,又会保证模型不会在这一步出错,将时间放到对于结果影响比较大的上面去)。

第八步:涡粘系数。这一项主要考虑到湍流的影响,一提到湍流就很复杂,其中N-S方程中最难求解的一项也就是这一项非线性项,一般我们都是将无序的结果进行平均处理,然后再做一些基本假设,这样才能求解出一个解来,在这个过程中,实际上丢失了很多原有的信息,但是,如果不进行一定的假设和平均处理的话,那么计算量将庞大到惊人,至少现在还不能完全揭示海洋中湍流的运动特征,但是我相信,随着基础理论的发展和计算机计算能力的提升,未来一定会做的越来越好。关于这一块,大家也可以找找关于湍流理论这方面的书籍试着学学。

第九步:底摩擦。这一项主要是起到能量耗散的作用,我们可以理解为,阻力越大,能量消耗的越多,流速就会越小。反之,流速就会越大。这一项我一般都是先按照默认值跑一边,然后根据结果再做调整。关于这方面的理论知识,大家可以查查关于曼宁系数和谢才系数等书籍,我记得,这一块应用于管道中的比较多,所以大家可以去查查水力学方面的书籍。

第十步:科氏力。这一项在海洋中一般来说是通过罗斯贝数来进行判断,其中U为流速,F为科氏力参数,L为长度尺度,一般来说,U较强的时候也就1m/s左右,F约为10的负4次方,因此要想Ro远小于1,就需要L大于10的5次方m,也就是说,在10万米这个尺度上需要考虑科氏力的影响;当Ro为0.5——1之间,平流项和科氏力同样重要,也需要考虑科氏力的影响,尺度大概为1万米。当L



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