[發明專利]基于FVCOM和OpenFOAM模型的多尺度水動力耦合方法

有效

• 申請號: 202010095357.8
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111339714B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 劉曉建;段自豪;侯堋;黃春華;王世俊;朱小偉;劉誠;何用;王其松;郭輝群;陳奕芬;周晨琦;劉琴琴;鄧忠杰;岳鴻祿;黃勇
• 申請（專利權）人: 珠江水利委員會珠江水利科學研究院;中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 廣州致信偉盛知識產權代理有限公司 44253
• 代理人: 彭玲

1.基于FVCOM和OpenFOAM模型的多尺度水動力耦合方法，其特征在于,包括以下步驟：

S1：依據海洋構筑物所處的遠端大/中尺度水域作為外域建立FVCOM模型，海洋構筑物所處的近區小/微尺度水域作為內域建立OpenFOAM模型；

S2：FVCOM模型依托粗分辨率二維非結構網格，模擬三維分層潮流流動，OpenFOAM模型依托小分辨率精細網格，模擬局部三維水體流動；

S3：基于水位初始場和外域潮位邊界瞬時值，運用FVCOM模型計算獲得外域三維分層潮流場，結合三線插值法得到每個網格質心處的潮流值；

S4：利用最鄰近點插值方法，首先將三維分層潮流數據從非結構網格質心處傳遞到融合區中間結構化網格節點處，隨后進一步將其傳遞到內域模型OpenFOAM邊界節點上；

S5：以到達內域模型邊界處的潮流數據作為初始值，通過計算得到潮流與海洋構筑物相互作用結果，解析構筑物近區大尺度海洋動力引起的水體飛濺和沖擊現象；

所述步驟S4還包括：

S4-1：融合區設置了中間網格,采用非結構性網格與中間結構性網格最鄰近點插值方法，將外域模型FVCOM計算獲得的三維分層潮流數據傳遞至中間網格上;

S4-2：中間結構性網格與內域模型網格同樣采用最鄰近點插值方法，將潮流數據從中間結構性網格傳遞至三維精細模型OpenFOAM的邊界處；

其中，內域模型OpenFOAM以有限體積法FVM離散模型空間網格，以Eular方法離散時間項，將計算域離散成單元體后，物理量分布在單元網格的質心上；并采用Gauss Muscl格式求解體積分數方程中的對流項，以及模型中引入了GaussInterface Compression格式的界面壓縮項；潮流傳播過程中的速度壓強的耦合計算采用PIMPLE算法，離散后的線性方程組采用預條件雙共軛梯度法求解。

2.根據權利要求1所述基于FVCOM和OpenFOAM模型的多尺度水動力耦合方法，其特征在于，所述中間網格為結構性網格。

3.根據權利要求1所述基于FVCOM和OpenFOAM模型的多尺度水動力耦合方法，其特征在于，所述FVCOM模型計算大/中尺度的水域潮流數據,所述OpenFOAM模型計算小/微尺度的水域潮流數據。

4.根據權利要求1所述基于FVCOM和OpenFOAM模型的多尺度水動力耦合方法，其特征在于，所述潮流數據至少包括流速、水位、湍流動能。

5.根據權利要求1所述基于FVCOM和OpenFOAM模型的多尺度水動力耦合方法，其特征在于，步驟S2中OpenFOAM模型依托小分辨率精細網格，模擬局部三維水體流動，精細網格的網格尺度為0.1m~10m之間。

6.根據權利要求5所述基于FVCOM和OpenFOAM模型的多尺度水動力耦合方法，其特征在于，步驟S2中的小分辨率精細網格包括結構性三維網格和非結構性三維網格。

7.根據權利要求1所述基于FVCOM和OpenFOAM模型的多尺度水動力耦合方法，其特征在于，所述二維非結構性網格的每個網格之間的距離尺度大于三維網格的每個網格距離尺度。

8.根據權利要求1所述基于FVCOM和OpenFOAM模型的多尺度水動力耦合方法，其特征在于，在步驟S5中，利用swak4Foam工具對到達三維網格邊界處的潮流數據作為初始值進行賦值。

9.根據權利要求1所述基于FVCOM和OpenFOAM模型的多尺度水動力耦合方法，其特征在于，在步驟S5中，對潮流數據進行計算，采用interFoam作為內域求解器。