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Mike 21 软件学习


Mike 21 软件学习

前言
本次练习通过操作 mike21 软件来模拟一个简单的水动力模型并进行分析, 主要目的是熟悉 mike21 软件在计算网格的划分、 计算参数的选取及敏感性分析、 边界条件的处理、计算结果的处理及分析方面的操作使用。

第一章 模型计算范围和网格划分
本文选取一段简单的弯道河流进行模拟分

析, 模型长约 9500m, 宽约 2500m。 最大网格面积 30000m2,三角形网格最小角度为 30 度,生成网格如图 1-1。其 中节点数目为 817、网格数目为 1464。

图 1-1 弯道河流段网格划分 取等水深 30m,生成图 1-2 地形图。

图 1-2 地形图

第二章 计算参数
1、时间参数 计算时长 24 小时 时间步数:1440 时间步长:60s

2、求解方式 采用低阶快速计算方式,最小时间步取 0.01s,最大时间步取 60s 临界克拉系数 取 0.8。

3、干湿判别

4、水密度

5、涡粘系数

6、底摩阻

7、柯西力 考虑地球偏转力,以长江某河段为参考,取北纬 30 度。

8、不考虑风应力、冰覆盖率、潮汐、降水量、波浪辐射应力、源汇项和结构物 影响 9、初始条件 设初始水面高程为 0m。

10、边界条件

左开边界 Code2 为上游边界,初始水位高程为 4m;右开边界 Code3 为下游 边界,初始水位高程为-4m。

第三章 计算结果分析
图 3-1 到 3-6 分别是 500min 时模型水体平稳后水面高程、水体水平流速、 水体竖直流速、流体流向和流场情况。

图 3-1 水面高程图 水面初始高程为 0m,左边界水面初始高程为 4m,右边界水面初始高程为 -4m,由于存在水头差,模拟开始后水流从左边界流向右边界,水流平稳后,由 左至右的水头呈阶梯状下降,如图 3-1 所示。

图 3-2 水平流速分布图

图 3-3 竖直流速分布图

图 3-4 流体速度分布图

图 3-5 流体流向图

图 3-6 流场图

图 3-7 河道中心点(15,330)潮位图 从河道中心潮位图可以看出,一个小时后,潮位趋于一个常值,为了更好分 析潮位,只选取前 80 个数据进行绘图,得出图 3-8.

图 3-8 河道中心点(15,330)潮位图 从图 3-8 河道中心点(15,330)潮位图可以看出,模拟开始后,水流从上游 涌来, 在河道中心点 (15,330) 产生垂荡作用, 水位升高, 最后水面高程趋于 1.45m。 水体平稳后,水面平稳,波浪很小。

第四章 计算参数敏感性分析
4.1 涡粘系数
取 0.8(原 0.28) ,其他参数不变。

图 4-1 水面高程图

图 4-2 水平流速分布图

图 4-3 竖直流速分布图

图 4-4 流体速度分布图

图 4-5 流体流向图

图 4-6 流场图

图 4-7 河道中心点(15,330)潮位图 涡粘系数为 0.8 时跟涡粘系数为 0.28 对比得出,水面高程、水体水平流速、 水体竖直流速、流体流向、流场和特征点潮位变化很小,可以忽略涡粘系数的影 响。

4.2 底摩阻
曼宁系数取 80 m1/3 / s (原 32 m1/3 / s ) ,其他参数不变。

图 4-8 水面高程图

图 4-9 水平流速分布图

图 4-10 竖直流速分布图

图 4-11 流体速度分布图

图 4-12 流体流向图

图 4-13 流场图

图 4-14 河道中心点(15,330)潮位图 曼宁系数为 80 m1/3 / s 时跟曼宁系数为 32 m1/3 / s 对比得出,水面高程、水体 水平流速、水体竖直流速和特征点潮位变化较大,流体流向和流场变化较小。曼 宁系数是综合反映河流壁面粗糙情况对水流影响的一个系数,曼宁系数越大,河 床越粗糙,对水流影响越大,消耗水体能量越多,壅高水位,所以河道中心特征 点水位升高。

4.3 柯西力
不考虑柯西力存在时。

图 4-15 水面高程图

图 4-16 水平流速分布图

图 4-17 竖直流速分布图

图 4-18 流体速度分布图

图 4-19 流体流向图

图 4-20 流场图

图 4-21 河道中心点(15,330)潮位图 不考虑柯西力存在时,对河段流态产生一定影响,水流流速减小。


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