【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据处理，具体涉及一种内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法及其系统。
技术介绍
1、海洋内波是发生在稳定密度层化海洋中一种波动，具有尺度大、传播距离远以及携带巨大能量等特点，对钻井平台、鱼雷发射和渔业捕捞等工程与作业有很大的威胁，在世界范围内造成的破坏事件屡见不鲜。除内孤立波外，海洋中普遍存在着各种各样的流动，如沿岸流、洋流和潮流等，对于内孤立波而言这些流动以背景剪切流的形式存在，对内孤立波存在显著的影响，包括波形、波速和速度场等流场特性，而且会进一步导致海洋结构物载荷特性的复杂化。因此，对内孤立波-背景剪切流相互作用进行研究具有重要的意义。
2、计算流体动力学（cfd）方法是内孤立波领域研究的主要方法之一，该方法通常基于kdv (korteweg-de vries)、ekdv (extended kdv)和mcc (miyata-choi-camassa)等理论生成内孤立波。但上述理论均基于无粘无旋的假设，与背景剪切流的有旋特性冲突，不能用于内孤立波-背景剪切流相互作用的研究。此外，上述经典理论只适用于两层常密度流体系统的研究，无法用于计入密度跃层的多层流体系统的模拟，而密度跃层的存在会导致出现一、二模态等复杂内孤立波。现有技术中通过获得海洋环境中内孤立波流场并将数据插值进fluent等cfd软件中进行模拟来实现，但其对实际观测数据的依赖性较大，无法灵活的研究不同参数的内孤立波，且无法与背景剪切流进行耦合。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利
2、本专利技术目的是提供一种内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，包括：
3、获取内孤立波的流场信息，并获取背景剪切流的流场信息；
4、将背景剪切流和内孤立波的流场信息进行耦合，获得波流相互作用后初始的流场信息；
5、建立内孤立波-背景剪切流相互作用数值水槽；
6、将所述初始的流场信息作为所述数值水槽的初始条件经计算获得稳定的流场信息。
7、优选的，所述内孤立波的流场信息和背景剪切流的流场信息均包括压强、密度和不同笛卡尔方向的速度信息。
8、更优选的，所述内孤立波的速度场和压力场信息是根据内孤立波理论而获取的；
9、所述内孤立波理论是根据内孤立波参数进行选择。
10、更优选的，当内孤立波参数为强分层流体系统，则选择hlgn理论；当内孤立波参数为连续密度变化系统，则选择djl理论。
11、优选的，所述背景剪切流为线性或非线性的。
12、优选的，将背景剪切流和内孤立波的流场信息进行耦合，包括：
13、将背景剪切流和内孤立波的流场信息按照cfd模拟所需的网格分别进行离散，获取背景剪切流的流场矩阵和内孤立波流场矩阵；
14、将背景剪切流的流场矩阵和内孤立波流场矩阵进行相加，获得波流相互作用后初始的流场信息。
15、优选的，所述背景剪切流的流场矩阵和内孤立波流场矩阵均包括位置矩阵、速度矩阵、压强矩阵和密度分布矩阵；其中，速度矩阵包括水平速度矩阵和垂直速度矩阵。
16、本专利技术第二个目的是提供一种内孤立波与背景剪切流相互作用模拟系统，包括：
17、数据采集模块，用于获取内孤立波的流场信息，并获取背景剪切流的流场信息；
18、数据处理模块，用于将背景剪切流和内孤立波的流场信息进行耦合，获得波流相互作用后初始的流场信息；建立内孤立波-背景剪切流相互作用数值水槽；
19、数据输出模块，用于将所述初始的流场信息作为所述数值水槽的初始条件经计算获得稳定的流场信息。
20、本专利技术至少具有如下有益效果：
21、本专利技术提供了一种内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，该方法针对内孤立波与背景剪切流相互作用研究难度大的问题，提出了利用hlgn或djl生成初始条件，结合背景剪切流后引入数值水槽的方法，获得内孤立波与背景剪切流相互作用的势流耦合结果，以势流耦合结果为粘流计算的初始条件，经迭代计算后获得满足流体控制方程的数值解。
22、本专利技术解决了目前技术无法在内孤立波场中引入背景流的问题，首次将内孤立波势流理论、背景剪切流势流理论和计算流体动力学方法有效结合，形成了计入背景流的内孤立波高精度计算与研究系统。可以实现内孤立波与背景剪切流相互作用的数值模拟研究，获得流体速度、密度、压强、湍动能、能量、温度等复杂流场信息。可以用于计入背景流的复杂内孤立波与海洋结构物或者潜航器相互作用的研究，也可用于海洋物质垂向运输、海水热量输运等问题的研究。相较于仿物理造波方法和边界条件造波，该方法操作简单，可以大幅减少计算量，模拟精度高；实现了势流理论与数值模拟的高效结合，适用于复杂内孤立波环境及海洋工程领域的研究。
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1.一种内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，所述内孤立波的流场信息和背景剪切流的流场信息均包括压强、密度和不同笛卡尔方向的速度信息。
3.根据权利要求2所述的内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，所述内孤立波的速度场和压力场信息是根据内孤立波理论而获取的；
4.根据权利要求3所述的内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，当内孤立波参数为强分层流体系统，则选择HLGN理论；当内孤立波参数为连续密度变化系统，则选择DJL理论。
5.根据权利要求1所述的内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，所述背景剪切流为线性或非线性的。
6.根据权利要求1所述的内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，将背景剪切流和内孤立波的流场信息进行耦合，包括：
7.根据权利要求6所述的内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，所述背景剪切流的流场矩阵和内孤立波流场矩阵均包括位置矩阵、速度矩阵、压
8.一种内孤立波与背景剪切流相互作用模拟系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，所述内孤立波的流场信息和背景剪切流的流场信息均包括压强、密度和不同笛卡尔方向的速度信息。
3.根据权利要求2所述的内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，所述内孤立波的速度场和压力场信息是根据内孤立波理论而获取的；
4.根据权利要求3所述的内孤立波与背景剪切流相互作用模拟方法，其特征在于，当内孤立波参数为强分层流体系统，则选择hlgn理论；当内孤立波参数为连续密度变化系统，则选择d...
【专利技术属性】
技术研发人员：李卓越，杜鹏，胡海豹，陈效鹏，张淼，程路，唐子建，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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