固定边界水流流场数值模拟技术的研究与实现.pdf

第27卷第3期
浙江水利水电学院学报
Vol 27 No.3
2015年9月
Zhejiang Univ of Wat. Res& Electric Pow.
2015
固定边界水流流场数值模拟技术的研究与实现
王朝阳
云南水运规划设计研究院,云南昆明650051
摘要:以先进的地表水流流模拟软件SMS为平台,以金沙江陈家溪河段为研究对象,探讨固定边界水流流场数
值模拟的步驟与过程,过与实测值的对比发现,所建模型大部分监测点的水位、水深、流速的计算误差都在5%以
下,表明此金沙江河段数学模型计算精度较高,可为固定边界水流研究提供借借鉴
关键词:固定边界水流流;数值模拟技术;SMS;水流结构
中图分类号:TV131.6
文献标志码:A
文章编号:1008-536X(2015)09-0013-0
Research and Application of Fixed Boundary Flow
Field Numerical Simulation Technology
WANG Chao-yang
(Water Transportation Planning and Design Institute of Yunnan, Kunming 650051, China)
Abstract: Many rivers in our country need further development and utilization. Using the advanced SMS simulation software
of surface flow field as a platform, the steps and process of the numerical simulation for fixed boundary flow field are dis-
cussed in the this paper, taking Chenjiaxi section of Jinsha River as the research object. Compared with the measured val-
ue. the calculation errors in water level, water depth and flow velocity from the most monitoring points of the established
model are below 5%o. It proves that the mathematical model for Jinsha River is of high computational accuracy, providing
reference for fixed boundary flow research
Key words: fixed boundary flow field; numerical simulation technology; SMS; flow structure
尺的情况下,试验场地的糙率,模型沙的直径、重
言
度都不能很好的采用正态比尺去匹配?,因此只
中国幅员辽阔、河流众多,包括山区卵砾石河能根据经验采用相似的变态模型,导致试验结果
流、冲积平原河流、支流交汇河口等各类相性的河在一定程度上失真?同时,物理模型要占用大片试
流应有尽有,因此具有巨大的开发潜力和硏究价
验场地,耗时耗力,而模型数据则具有时效
值
性3-3),容错率较低,一次测量疏忽或者数据漏
目前,常用的研究方法还是以原型观测与物测,就有可能导致试验反工重复,造成不必要的经
理模型试验为主,但是,这两种方法具有一定的局
济损失.因此,目前各高校以及科研单位都在努力
限性,原型观测难以从一个整体的角度去研究水开发数值模拟计算软件,以期通过建立水流平面
流动态,往往只能研究一个局部的水流形态,而物二维模型,通过数值模拟计算来得到相应的计算
理模型试验比例尺就是一个非常头疼的问题,常
结果.在此背景下,本文将以先进的地表水流流场
常在长宽高、流速、流量、时间等因素采用正忞比
模拟软件SMS为平台,以金沙江陈家溪河段为研
究对象,探讨固定边界水流流场数值模拟的步骤
收稿日期:2015-03-31
与过程.
基金项目:国家自然科学基金(50879006)
作者简介:王朝阳(1980-),男,山西忻州人,倾士研究生,主要
从事港口航道、岩土工程的设计研究工作
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浙江水利水电学院学报
第27卷
水流平面二维模型建立
水动力计算模型,检査完相应关键指标后,由二维
数值计算模型程序执行计算命令,最后生成研究区
要建立水流平面二维模型,首先要导入电子坐域的水流平面二维流场计算结果.将水流平面二维
标底图,然后按照自定义间距生成计算网格,并把模型建立流程示意图(见图1),本节将结合图1,详
电子坐标数值离散到各网格节点上,然后再输入包细介绍水流平面二维模型建立
括上游流量、下游水位、糙率等控制条件,形成二维
电子地图
模型运行前
坐标
处理程序
水动力模型运行
ASCⅡ地形
控制文件
信息文件
地形信息
数据显示
计算网络生
成程序
地形信息
图形显示
二进制地形
信息文件
全部结果显示
水动力模型数
值计算程序
选定结果显示
热启动输出
进制计算结
(可选项)
果文件
模型运行后
处理程序
图1二维水动力模型工作流程
1.1电子坐标底图导入
1.2定义间距、构建网格
电子坐标底图导人是水流平面二维模型建立
首先定义网格间距.一般来说,网格间距越小,
的首要目的,其主要目的是确定所研究领域,以及计算精度越高,但计算量、计算时间也呈指数上张
输入初始的地形高程信息,目前,SMS支持的电子综合这两者考虑,一般将网格间距定义在10
坐标底图导入模式有两种:
200m的范围内比较合适
(1)导入Tif格式图形文件,在原底图坐标信
网格间距定义好以后,SMS软件程序会自动识
息中随机选择三个坐标点,保证这三个坐标点在原别节点之间的耦合性,根据构建区域节点的规则
底图与SMS文件中依次对应,从而保证SMS实际性、密集性来形成若干的图块,图块的类型有三角
建立地形与原地形相吻合;
形、四边形、不规则多边形三种,可在“ Mesh Type
2)将原底图数据直接通过CAD转换为XYZ中选择网格的类型.由于三角形是最为稳定的结
式的三维坐标格式(Dxf文件),然后直接在SMS软构,在计算机运行速度足够的情况下,尽量选择三
件中打开Dxf文件.
角形网格