[發明專利]一種基于粒子追蹤的優化航道匯流區的工程布置方法

在審

• 申請號: 202210073608.1
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114417473A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 黃明明;賁鵬;李東旭;丁美松
• 申請（專利權）人: 安徽省引江濟淮集團有限公司;安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院（安徽省水利工程質量檢測中心站）;安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/25;G06T17/00;G06F113/08
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 毛雨田

本發明涉及一種基于粒子追蹤的優化航道匯流區的工程布置方法，屬于內河通航、泄流消能技術領域。查清匯流口門區水流來源，制定水流組合方案；構建三維水流模擬模型，保證模型準確性和適用性；構建粒子對流?擴散模型，設置特殊邊界條件；揭示水流運動規律，探明流速分布原因；基于水流運動規律，布置消能和導流工程設施。本發明實現了在不同水流組合工況下，不同區域水流運動過程的精確模擬，水流運動路線清晰明確，流態和流速分布形象直觀；消能與導流設施與水流交互作用明顯，便于優化消能和導流工程的位置和規模，達到較優工程組合，提高計算效率，節約工程投資。

技術領域

本發明涉及內河通航、泄流消能的技術領域,尤其涉及基于粒子追蹤的優化航道匯流區的工程布置方法的技術領域。

背景技術

對于內河通航時，航道分匯流口、船閘引航道及口門區等位置容易出現泄水波、泡漩等現象，導致通航區域出現橫向流速過大、大范圍回流等不良水流條件，為了消除橫向流速和回流流速對船舶航行的不利影響，保障通航安全，需要設置消能或者導流設施來減小水流流速，改善水流流態。

目前，一般通過物理模型試驗方法或者數值模擬計算方法來確定消能和導流設施的布置和規模。對于物理模型試驗方法，物理模型是原型河流的縮小版，物理概念清晰、直觀形象，因此被應用廣泛，但往往需要占用規模巨大的場地、耗費大量設備、材料和人力，試驗的周期較長，加之模型試驗所研究的某一特定的問題，改變問題或邊界條件，往往需要全部或局部拆除，試驗費用昂貴。對于數值模型模擬方法，一般采用二維和三維水動力模型，可以較好的模擬水流平面流態，但對于復雜構筑物，只能給出平面或者斷面流速分布，不能較好的反映特定區域水流運動的規律，難易準確分析出導致通航區域橫向流速和回流流速超標的原因，在布置消能和導流工程設施時針對性不強，需要不斷調整消能和導流工程設施的布置和規模，通過大量試算來確定消能和導流工程設施優化組合。其中三維模型計算計算取決于網格數量和質量，匯流口大范圍三維數值模擬，網格數量多，每個試算工況計算時間長，大量試算工作需要花費大量時間成本。

發明內容

本發明提供了一種基于粒子追蹤的優化航道匯流區的工程布置方法，采用粒子追蹤的方法，模擬三維水流運動規律，解析超標流速區粒子來源和運動軌跡，以優化消能和導流工程的布置和規模。

一種基于粒子追蹤的優化航道匯流區的工程布置方法，包括以下步驟：

步驟S1、查清匯流口門區水流來源及組成；

步驟S2：構建三維水流模擬模型；

步驟S3、構建粒子追蹤對流-擴散模型；

步驟S4、探明水流運動規律，追蹤區域水流來源；

步驟S5：布置消能和導流工程設施。

優選的是，本發明步驟S1中，基于長系列水文資料對支流和航道洪水頻率進行分析，合理確定水流組合方案。

優選的是，本發明步驟S2中，將不同的水流來源定量化為獨立的邊界，構建一組或多組三維水流運動模擬模型；模型參數率定、模型適用性評估，以3組不同網格尺度模型對研究區域進行模型，選擇合適網格和參數進行模擬；

優選的是，本發明步驟S3中，所述粒子對流-擴散模擬模型，研究區內初始狀態無粒子，不同邊界給定不同標記和編號的粒子，粒子無衰減、相互間無反應，僅跟隨水流運動。