一种水动力联合计算模型构建方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术属于计算水力学技术领域，其目的在于提供一种水动力联合计算模型构建方法、系统、设备及介质。本发明专利技术通过将初始水动力联合计算模型中的二维模型和三维模型进行耦合，实现二维模型和三维模型内边界模型参数的统一，建立了水动力联合计算模型，以便于基于大型水库边界水流条件和该水动力联合计算模型，实现精准刻画大型水库范围内的水深和流速在三维空间的变化和分布情况的技术效果，利于充分发挥二维模型效率高、三维模型准确性好的优势，进而实现对水库流场准确高效的模拟。进而实现对水库流场准确高效的模拟。进而实现对水库流场准确高效的模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种水动力联合计算模型构建方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于计算水力学
，具体涉及一种水动力联合计算模型构建方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]随着我国水库体量和数量的快速增长，水库与人们的生产生活也日趋紧密，因此，水库流场分布研究对优化水利枢纽设计、水库运行调度方式，以避免或减轻水库的局地影响效应十分重要。以往国内水库流场的预测方法主要包括经验分析法、物理模型试验法和数学模型法。其中，数学建模法是通过对水体传热机理的分析，考虑影响传热的各种因素，以建立包括控制方程和对应边界条件的数学模型，最后对数学模型求解以得到水库流场分布情况。近年，随着计算机性能和算法技术的发展，数学模型法因其成本低、通用性强、准确性高等特点，逐渐成为研究水库流场分布的重要手段。
[0003]但是，在使用现有技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：
[0004]目前，针对水库流场的数学模型较为落后，仍以平面二维模型为主，这些模型往往因为其对实际物理问题作了过多的假设和概化，研究结论也与实际情况存在较大误差，且难以推广至一般性规律，无法直接作为解决工程问题的依据。
[0005]具体地，现实的大型水库往往延伸数十公里，且地形条件和产汇流边界条件较为复杂，尤其在水库的弯道、卡口及近坝段水域。而传统方法受限于边界处理方式和计算尺度，通常采用二维模型，忽略垂向维度物理量的变化。而此类水域存在显著的三维流动特性，采用二维平面模型获得的模拟结果与实际情况有较大出入，甚至完全失真。三维数学模型更适用于模拟复杂源汇条件下水力学问题，结果具有准确性高、通用性强的优点，可为解决工程问题提供技术支撑。但使用常规数值方法进行三维模拟时，往往对计算资源要求过高，且计算稳定性、收敛性均有待提高，仅适用于水库局部尺度的计算分析。对于大尺度问题，以三峡水库为例，正常蓄水位下的库容达到393亿立方米、库区航道绵延600多公里，洪峰过库时间以天计。假设计算网格平均尺度5m3，则均需要70亿以上的计算网格，无法通过常规计算机开展仿真模拟，而超级计算机资源又十分紧缺。此外，水库存在周期性水位涨落，水库边界也存在复杂源、汇过程，库内流速场的水动力过程亦发生有复杂的相互耦合作用，这些因素显著增加模拟的难度，导致了目前缺乏准确高效的数值模拟方法对大型水库的水动力问题进行整体性的模拟研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，本专利技术提供了一种水动力联合计算模型构建方法、系统、设备及介质。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种水动力联合计算模型构建方法，包括：
[0009]构建初始水动力联合计算模型，所述初始水动力联合计算模型包括依次连接的二
维模型和三维模型，所述二维模型和所述三维模型的交界处嵌套设置有多层计算网格，且所述二维模型的该多层计算网格构成所述二维模型的内边界，所述三维模型的该多层计算网格构成所述三维模型的内边界；
[0010]分别对所述二维模型和所述三维模型进行初始化；
[0011]根据所述二维模型的内边界中计算网格的二维初始参数，得到所述三维模型的内边界的三维定义参数，然后将所述三维定义参数赋值给所述三维模型的内边界；
[0012]根据所述三维模型的内边界的三维定义参数，得到所述二维模型的内边界中计算网格的二维定义参数，然后将所述二维参数赋值给所述二维模型的内边界的计算网格；
[0013]将所述二维定义参数更新为新的二维初始参数，然后重新根据所述二维模型的内边界中计算网格的二维初始参数，得到所述三维模型的内边界的三维定义参数，直到计算收敛或达到预设的模拟时间时结束，得到水动力联合计算模型。
[0014]本专利技术通过将初始水动力联合计算模型中的二维模型和三维模型进行耦合，实现二维模型和三维模型内边界模型参数的统一，建立了水动力联合计算模型，以便于基于大型水库边界水流条件和该水动力联合计算模型，实现精准刻画大型水库范围内的水深和流速在三维空间的变化和分布情况的技术效果，利于充分发挥二维模型效率高、三维模型准确性好的优势，进而实现对水库流场准确高效的模拟。
[0015]在一个可能的设计中，所述二维模型和三维模型的交界处嵌套设置有4层计算网格，所述二维模型的该4层计算网格构成所述二维模型的内边界，所述三维模型的该4层计算网格构成所述三维模型的内边界，且所述二维模型的内边界和所述三维模型的内边界对齐设置。
[0016]在一个可能的设计中，分别对所述二维模型和所述三维模型进行初始化，包括：
[0017]定义参考量，以便实现所述二维模型和所述三维模型中格子单位和物理单位之间的转换。
[0018]在一个可能的设计中，分别对所述二维模型和所述三维模型进行初始化，还包括：
[0019]定义量纲关系式，以便基于所述量纲关系式，根据指定参考量获取所有参考量。
[0020]在一个可能的设计中，根据所述二维模型的内边界中计算网格的二维初始参数，得到所述三维模型的内边界的三维定义参数，包括：
[0021]根据所述二维模型的内边界中计算网格的二维初始参数，得到所述二维模型的内边界中计算网格的实际物理量；
[0022]根据所述二维模型的内边界中计算网格的实际物理量，得到所述三维模型的内边界的三维定义参数。
[0023]在一个可能的设计中，将所述三维定义参数赋值给所述三维模型的内边界，包括：
[0024]根据所述三维定义参数，得到所述三维模型的内边界的垂向网格数目；
[0025]根据所述三维定义参数和所述垂向网格数目，得到所述三维模型的内边界每一垂向计算网格的单元定义参数；
[0026]将所述单元定义参数分别赋值给所述三维模型的内边界的每一垂向计算网格。
[0027]在一个可能的设计中，根据所述三维模型的内边界的三维定义参数，得到所述二维模型的内边界中计算网格的二维定义参数，包括：
[0028]根据所述三维模型的内边界的三维定义参数，得到所述三维模型的内边界中任一
计算网格的实际物理量；
[0029]根据所述三维模型的内边界中计算网格的实际物理量，得到所述二维模型的内边界的二维定义参数。
[0030]第二方面，本专利技术提供了一种水动力联合计算模型构建系统，用于实现如上述任一项所述的水动力联合计算模型构建方法；所述水动力联合计算模型构建系统包括：
[0031]模型构建模块，用于构建初始水动力联合计算模型，所述初始水动力联合计算模型包括依次连接的二维模型和三维模型，所述二维模型和所述三维模型的交界处嵌套设置有多层计算网格，且所述二维模型的该多层计算网格构成所述二维模型的内边界，所述三维模型的该多层计算网格构成所述三维模型的内边界；
[0032]模型初始化模块，与所述模型构建模块通信连接，用于分别对所述二维模型和所述三维模型进行初始化；
[0033]模型耦合模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水动力联合计算模型构建方法，其特征在于：包括：构建初始水动力联合计算模型，所述初始水动力联合计算模型包括依次连接的二维模型和三维模型，所述二维模型和所述三维模型的交界处嵌套设置有多层计算网格，且所述二维模型的该多层计算网格构成所述二维模型的内边界，所述三维模型的该多层计算网格构成所述三维模型的内边界；分别对所述二维模型和所述三维模型进行初始化；根据所述二维模型的内边界中计算网格的二维初始参数，得到所述三维模型的内边界的三维定义参数，然后将所述三维定义参数赋值给所述三维模型的内边界；根据所述三维模型的内边界的三维定义参数，得到所述二维模型的内边界中计算网格的二维定义参数，然后将所述二维参数赋值给所述二维模型的内边界的计算网格；将所述二维定义参数更新为新的二维初始参数，然后重新根据所述二维模型的内边界中计算网格的二维初始参数，得到所述三维模型的内边界的三维定义参数，直到计算收敛或达到预设的模拟时间时结束，得到水动力联合计算模型。2.根据权利要求1所述的一种水动力联合计算模型构建方法，其特征在于：所述二维模型和三维模型的交界处嵌套设置有4层计算网格，所述二维模型的该4层计算网格构成所述二维模型的内边界，所述三维模型的该4层计算网格构成所述三维模型的内边界，且所述二维模型的内边界和所述三维模型的内边界对齐设置。3.根据权利要求1所述的一种水动力联合计算模型构建方法，其特征在于：分别对所述二维模型和所述三维模型进行初始化，包括：定义参考量，以便实现所述二维模型和所述三维模型中格子单位和物理单位之间的转换。4.根据权利要求1所述的一种水动力联合计算模型构建方法，其特征在于：分别对所述二维模型和所述三维模型进行初始化，还包括：定义量纲关系式，以便基于所述量纲关系式，根据指定参考量获取所有参考量。5.根据权利要求1所述的一种水动力联合计算模型构建方法，其特征在于：根据所述二维模型的内边界中计算网格的二维初始参数，得到所述三维模型的内边界的三维定义参数，包括：根据所述二维模型的内边界中计算网格的二维初始参数，得到所述二维模型的内边界中计算网格的实际物理量；根据所述二维模型的内边界中计算网格的实际物理量，得到所述三维模型的内边界的三维定义参数。6.根据权利要求1所述的一种水动力联合计算模型构建方法，其特征在于：将所述三维定义参数赋值给所述三维模型的内边界，包括：根据所述三维定义参...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭培艺，刁伟，侯极，彭永勤，孟弯弯，张春泽，李翔泉，
申请(专利权)人：重庆西科水运工程咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：