MIKE21水动力模块中文教程
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被推荐为河流、湖泊、河口和海岸水流的二维仿真模拟工具。
1.3 水动力模块原理1.3.1 控制方程 模型是基于三向不可压缩和Reynolds 值均布的Navier-Stokes 方程,并服从于Boussinesq 假定和静水压力的假定。
二维非恒定浅水方程组为:hS yv h x u h t h =¶¶+¶¶+¶¶ (1-1) ()()202000012a xy sx bx xx xx xy s p hu hu huv h f vh gh t x y x xs s gh x xy hT hT hu S x yh r t t r r r r r ¶¶¶¶¶++=---¶¶¶¶¶¶æö¶¶+--++ç÷¶¶¶èø¶¶++¶¶ (1-2) (1-3)式中:t 为时间;, x y 为笛卡尔坐标系坐标;h 为水位;d 为静止水深;h d h =+为总水深;, u v 分别为, x y 方向上的速度分量;f 是哥氏力系数,2sin f w j =,w 为地球自转角速度,j 为当地纬度;g 为重力加速度;r 为水的密度;xx s 、xy s 、yy s 分别为辐射应力分量;S 为源项;(,)s s u v 为源项水流流速。
字母上带横杠的是平均值。
例如,u 、v 为沿水深平均的流速,由以下公式定义:d d hu u z h -=ò,d d hv v z h-=ò (1-4) ()()S hv hT y hT x y s x s y gh yp h y gh h u f y v h x uv h t v h s yy xy yy yx by sy a +¶¶+¶¶+÷÷øöççèæ¶¶+¶¶--+¶¶-¶¶-¶¶--=¶¶+¶¶+¶¶000020212r r t r t r r r h 雷诺纳维耶斯托克斯方程质的各向同性的线性半空问表面上作用一集中力P,在线性变 形体内任何点M的应力分布的弹性理论公式ij T 为水平粘滞应力项,包括粘性力、紊流应力和水平对流,这些量是根据沿水深平均的速度梯度用涡流粘性方程得出的:2xx u T A x ¶=¶,()xy u v T A y x ¶¶=+¶¶,2yy v T A y¶=¶ (1-5) 1.3.2 数值解法(1)空间离散 计算区域的空间离散是用有限体积法(Finite V olume Method ),将该连续统一体细分为不重叠的单元,单元可以是任意形状的多边形,但在这里只考虑三角形和四边形单元。
MIKE21AD模块⽤户⼿册MIKE 21 FLOW MODEL FMTransport ModuleUser GuideMIKE by DHI 20122Please NoteCopyrightThis document refers to proprietary computer software which is protected by copyright. All rights are reserved. Copying or other reproduction of this manual or the related programs is prohibited without prior written consent of DHI. For details please refer to your 'DHI Software Licence Agreement'.Limited LiabilityThe liability of DHI is limited as specified in Section III of your 'DHI Software Licence Agreement':'IN NO EVENT SHALL DHI OR ITS REPRESENTATIVES (AGENTS AND SUPPLIERS) BE LIABLE FOR ANY DAMAGES WHATSO-EVER INCLUDING, WITHOUT LIMITATION, SPECIAL, INDIRECT, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OR DAMAGES FOR LOSS OF BUSINESS PROFITS OR SA VINGS, BUSINESS INTERRUPTION, LOSS OF BUSINESS INFORMATION OR OTHER PECUNIARY LOSS ARISING OUT OF THE USE OF OR THE INA-BILITY TO USE THIS DHI SOFTWARE PRODUCT, EVEN IF DHI HAS BEEN ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES. THIS LIMITATION SHALL APPLY TO CLAIMS OF PERSONAL INJURY TO THE EXTENT PERMITTED BY LAW. SOME COUN-TRIES OR STATES DO NOT ALLOW THE EXCLUSION OR LIMITA-TION OF LIABILITY FOR CONSEQUENTIAL, SPECIAL, INDIRECT, INCIDENTAL DAMAGES AND, ACCORDINGLY, SOME PORTIONS OF THESE LIMITATIONS MAY NOT APPLY TO YOU. BY YOUR OPENING OF THIS SEALED PACKAGE OR INSTALLING OR USING THE SOFTWARE, YOU HAVE ACCEPTED THAT THE ABOVE LIMITATIONS OR THE MAXIMUM LEGALLY APPLICA-BLE SUBSET OF THESE LIMITATIONS APPLY TO YOUR PUR-CHASE OF THIS SOFTWARE.'Printing HistoryJune 2004August 2005November 2006October 2007January 2009September 2010March 2011September 201234MIKE 21 Flow Model FMC O N T E N T S51ABOUT THIS GUIDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.1Purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2Assumed User Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3General Editor Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3.1Navigation tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3.2Editor window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.3.3Validation window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.4Online Help . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.1Application Areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3GETTING STARTED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154EXAMPLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.1General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.2Funningsfjord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.2.1Purpose of the example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.2.2Defining the problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.2.3Presenting and evaluating the results . . . . . . . . . . . . . . . 204.2.4List of data and specification files . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225TRANSPORT MODULE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.1Component Specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.2Solution Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.2.1Remarks and hints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.3Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.3.1Horizontal dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.3.2Recommended values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.4Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.4.1Remarks and hints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.5Precipitation-Evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.5.1Recommended values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.6Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.6.1Source specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295.6.2Remarks and hints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305.7Initial Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305.8Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315.8.1Boundary specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315.9Outputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325.9.1Output specification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335.9.2Output items . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 6MIKE 21 Flow Model FM6LIST OF REFERENCES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4178MIKE 21 Flow Model FMPurpose1ABOUT THIS GUIDE1.1PurposeThe main purpose of this User Guide is to enable you to use, MIKE 21Flow Model FM, Transport Module, for applications of transport phenom-ena in lakes, estuaries, bays, coastal areas and seas.The User Guide is complemented by the Online Help.1.2Assumed User BackgroundAlthough the Transport Module has been designed carefully with empha-sis on a logical and user-friendly interface, and although the User Guideand Online Help contains modelling procedures and a large amount of ref-erence material, common sense is always needed in any practical applica-tion.In this case, “common sense” means a background in coastal hydraulicsand oceanography, which is sufficient for you to be able to check whetherthe results are reasonable or not. This User Guide is not intended as a sub-stitute for a basic knowledge of the area in which you are working: Math-ematical modelling of transport phenomena.It is assumed that you are familiar with the basic elements of MIKE Zero:File types and file editors, the Plot Composer, the MIKE Zero Toolbox,the Data Viewer and the Mesh Generator. The documentation for these canbe found by the MIKE Zero Documentation Index.1.3General Editor LayoutThe MIKE Zero setup editor consists of three separate panes.1.3.1Navigation treeTo the left there is a navigation tree showing the structure of the modelsetup file, and it is used to navigate through the separate sections of thefile. By selecting an item in this tree, the corresponding editor is shown inthe central pane of the setup editor.9About This Guide10MIKE 21 Flow Model FM1.3.2Editor windowThe editor for the selected section is shown in the central pane. The con-tent of this editor is specific for the selected section, and might contain several property pages.For sections containing spatial data - e.g. sources, boundaries and output - a geographic view showing the location of the relevant items will be avail-able. The current navigation mode is selected in the bottom of this view, it can be “zoom in”,“zoom out” or “recenter”. A context menu is available from which the user can select to show the bathymetry or the mesh, to show the optional GIS background layer and to show the legend. From this context menu it is also possible to navigate to the previous and next zoom extent and to zoom to full extent. If the context menu is opened on an item - e.g. a source - it is also possible to jump to the item’s editor.Further options may be available in the context menu depending on the section being edited.1.3.3Validation windowThe bottom pane of the editor shows possible validation errors, and it is dynamically updated to reflect the current status of the setup specifica-tions.By double-clicking on an error in this window, the editor in which this error occurs will be selected.1.4Online HelpThe Online Help can be activated in several ways, depending on the user's requirement:z F1-key seeking help on a specific activated dialog:To access the help associated with a specific dialog page, press the F1-key on the keyboard after opening the editor and activating the specific property page. See Figure 1.1.z Open the Online Help system for browsing manually after a spe-cific help page:Open the Online Help system by selecting “Help Topics” in the main menu bar.Online Help 11Figure 1.1Online Help system for MIKE 21 Flow Model FMAbout This Guide 12MIKE 21 Flow Model FM2INTRODUCTIONMIKE 21 Flow Model FM is a new modelling system based on a flexible mesh approach. The modelling system has been developed for applica-tions within oceanographic, coastal and estuarine environments.Figure2.1Mariager Estuary, Denmark. Computation mesh used in MIKE 21 Flow Model FM for studying flow circulation due to combined tide,wind and run-off.MIKE 21 Flow Model FM is composed of following modules:z Hydrodynamic Modulez Transport Modulez ECO Lab / Oil Spill Modulez Mud Transport Modulez Particle Tracking Modulez Sand Transport ModuleThe Hydrodynamic Module is the basic computational component of the entire MIKE 21 Flow Model FM modelling system providing the hydro-dynamic basis for the other modules.13Introduction 2.1Application AreasThe application areas are generally problems where flow and transport phenomena are important with emphasis on coastal and marine applica-tions, where the flexibility inherited in the unstructured meshes can be uti-lized.14MIKE 21 Flow Model FM3GETTING STARTEDThe hydrodynamic basis for the Transport Module must be calculated using the Hydrodynamic Module of the MIKE 21 Flow Model FM model-ling system.If you are not familiar with setting up a hydrodynamic model you should refer to the comprehensive step-by-step training guide covering MIKE 21 Flow Model FM. This training guide (in PDF-format) is provided with the DHI Software installation and can be found in the installation folder at.\MIKE Zero\Manuals\MIKE_21\FlowModel_FM\HD\MIKE_FM_HD_Step_By_Step.pdf.15Getting Started 16MIKE 21 Flow Model FMGeneral 174EXAMPLES 4.1GeneralOne of the best ways of learning how to use a modelling system such as MIKE 21 Flow Model FM is through practice. Therefore an example is included which you can go through yourself and which you can modify, if you like, in order to see what happens if one or other parameter is changed.The specification files for the example is included with the installation of MIKEZero. A directory is provided for the example. The directory name are as follows (default installation):z Funningsfjord example:.\Examples\MIKE_21\FlowModel_FM\TR\Funningsfjord4.2Funningsfjord 4.2.1Purpose of the exampleFunningsfjord is a small fjord situated at the NE corner of the Faroe Islands. The computational domain and bathymetry is shown inFigure 4.1. Here is shown a typical example of calculation of the fjord cir-culation. The exhange of water between the fjord and the ocean generates a continuous dilution of the river water that enters the southernmost part of the fjord. One measure of the water exchange is the residence time, which for a well mixed water body can be given as T=V/Q. In the real world the picture is more complicated as the exchange depends on tides, wind circulations etc. The residence time is here estimated as the age (see Delhez et. at. (2003)). It should be noted that artificial forcings has been used to highlight the aspects of the test.Examples18MIKE 21 Flow Model FMFigure 4.1Computational domain and bathymetry.4.2.2Defining the problemThe main condition defining the hydrodynamic problem is:z An unstructured mesh with 1802 elements and 1033 nodes is used. The mesh is shown in Figure 4.2.z The starting time of the simulation is 2/8/1985 03:00:00. The time step of 1 seconds is selected and the duration time of the simulation is 10 days (864000 time steps).z The horizontal eddy viscosity type has been chosen to Smagorinsky type and a constant value of 0.28 m 1/3/s is applied for the Smagorinsky coefficient.z The bed resistance type has been chosen to Manning number and a constant value of 32 m 1/3/s is applied.zThe wind is specified as varying in time and constant in domain. A data file containing timeseries of measured wind speeds and directions are given. The length of soft start interval (warm-up period) for thewind has been chosen to 2 hours (7200 seconds) to avoid chock effects.Funningsfjord 19z A point source discharging 250 m 3/s is applied at the southernmost point in the computational domain.zTidal elevations, consisting of a M 2 component with amplitude 1.0 m, are applied at the open boundary along the NE section. The main condition defining the hydrodynamic problem is:z Transport calculations are performed for two components: One con-servative and one decaying.z The decaying component is decaying with a constant decay constant k =10-5.z The source concentration of the two components are both set to 1.zThe initial conditions and boundary conditions for both components at constant values of 0. Figure 4.2Computational mesh.。
3 河流地貌学(河床变形模型)河流地貌学模型是水动力学模型和泥沙输移模型的结合。
根据河床地形的变化不断更新水流流场。
河流地貌学模型传统上分为耦合模型和非耦合模型两种。
对于耦合模型,水流控制方程和泥沙输移方程合并到一个方程组中,同时求解。
对于非耦合模型,水动力学流控制方程的求解在泥沙输移方程求解的前一个时间步里完成,然后计算出新的床面高程,并对下一时间步的水流方程进行求解。
本模型采用的就是后一种方法(非耦合)。
本模型包括的其他子模型,诸如河岸侵蚀,岸线更新,动床阻力,床面形态,床沙级配等,都将在本章中加以描述。
3.1 泥沙连续方程根据计算的床沙质(推移质和悬移质)输移(状况),可以从以下方程求得床面高程的变化:式中:S x为X方向输沙量S y为Y方向输沙量n 床沙孔隙率t 时间(x,y)笛卡儿坐标系ΔSe 由于河岸侵蚀引起的侧向泥沙补给。
总输沙量等于推移质和悬移质之和,对于曲线网格(s,n),方程3.1将略有不同,数值处理中在每一个网格单元的入流和出流边界上使用不同的Δs和Δn,见图3.2。
本模型采用空间中心差分和时间上的向前差分格式。
时间步长受Courant准则的限制,即Courant数必须小于1。
波数可以用式3.1的一维版本加以估算:通过假定床和泥沙输移是仅是希尔兹切应力θ的函数,那么沙波的波速就可以表示为:如果谢才系数假定为常数,那么θ与h2成反比,即,对Engelund & Hansen输沙公式,有:式中:S 输沙率h 水深c bw粗估的沙波速基于图 3.2的符号系统,曲线网格的泥沙连续方程可以表达为如下差分格式:式中:S s s方向的输沙率S n n方向的输沙率n 床沙孔隙率t 时间(s,n)曲线坐标系Δs s方向的空间步长Δn n方向的空间步长(j,k)网格坐标为了系统的封闭,在上边界上需要提供边界条件。
可选择两种(边界条件),指定床面高程变化率或简单的指定进入系统的输沙率。
理论上讲,只需指定上边界泥沙输移条件。
Mike 21流体模型用来模拟二维自由表面流。
适用于水平尺度远大于垂向尺度,垂向流速和垂向加速度可以忽略时,湖泊、河口、海湾、海岸和海洋的水动力、环境现象的模拟。
共分为4个模块:• 水动力模块(Hy drodyn amic);• 平流扩散模块(Adve cti on-Dispe rsi on); • 泥沙输运模块(M ud Tran sport ); •生态过程模块(E CO Lab )。
其中,水动力模块是基础,为其他三个模块的计算提供动力。
泥沙输运模块可以用来模拟波流共同作用下粉砂、淤泥和粘土的冲刷、输移与沉降。
适用范围:矩形网格。
:• 水动力模块(Hydrody nam ic Module ) • 输运模块(Tran spo rt Mo dul e)• 生态过程、溢油模块(ECO L ab/Oil S pil l M odule ) • 淤泥输运模块(Mud Transpor t Modu le) • 粗砂输运模块(Sand T ranspo rt Mod ule )• 粒径追踪模块(Pa rticle Tr ac king Modul e) •波谱模块(Spe ctra l Wave M odule )其中,水动力模块与波谱模块是最基本的两种。
适用范围:三角网格。
Alternat ive Di recti on I mplic it Method ):交替方向隐式方法。
把每一个时间步长分成两步进行,前半步隐式计算x方向流速分量及潮位,显式计算y 方向流速分量;后半步隐式计算y方向流速分量及潮位,显式计算x 方向流速分量。
.9m 。
,包括起始时间(sim ulation start time )、总步数(no. of time ste ps)及时间步长(t ime step i nterva l)。
时间步长一方面决定了结果文件的最大输出频率,另一方面实现了不同模块的同步耦合。
具体计算时的时间步长则是在solu tion technique 中定义的。
MIKE21水质培训教程MIKE21水质模型培训教程1.引言MIKE21是一款广泛应用于水文、水质、泥沙和海洋等领域的数值模拟软件,具有强大的前后处理功能和灵活的模型构建方式。
水质模型作为MIKE21软件的核心模块之一,为研究水体中污染物的输移、扩散和衰减过程提供了有效的工具。
本教程旨在帮助初学者快速掌握MIKE21水质模型的基本操作和建模方法,为实际工程应用奠定基础。
2.MIKE21水质模型简介2.1水质模型分类MIKE21水质模型主要包括两大类:稳态模型和动态模型。
稳态模型适用于模拟长期平均水质状况,动态模型则可以模拟水质随时间的变化过程。
根据研究问题的不同,用户可以选择相应的模型进行模拟。
2.2水质模型原理MIKE21水质模型基于质量守恒定律和纳维-斯托克斯方程,考虑了污染物在水体中的对流、扩散和生物化学反应等过程。
模型通过求解偏微分方程组,得到污染物浓度随时间和空间的变化规律。
3.MIKE21水质模型操作步骤3.1创建项目启动MIKE21软件,创建一个新的项目。
在项目设置中,选择相应的地理坐标系和投影方式。
3.2导入数据导入研究区域的底图数据,如DEM、河网、土地利用等。
同时,还需要导入污染源数据、监测站点数据和边界条件等。
3.3建立模型3.3.1创建网格根据研究区域的特点,选择合适的网格类型(如矩形网格、三角形网格等)和网格分辨率。
在MIKE21中,可以通过自动或手动方式创建网格。
3.3.2设置边界条件根据实际情况,设置模型的边界条件。
边界条件包括入口浓度、出口浓度、自由液面等。
3.3.3设置初始条件设置模型初始时刻的污染物浓度分布。
3.3.4设置参数根据实际情况,设置模型中的各类参数,如污染物衰减系数、扩散系数等。
3.4模型求解设置求解器参数,如时间步长、迭代次数等。
然后运行模型,求解污染物浓度分布。
3.5结果分析利用MIKE21的后处理功能,对模拟结果进行分析。
可以绘制污染物浓度等值线图、浓度变化曲线等,以便于直观地了解污染物在水体中的分布和变化规律。
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:60s2、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。
mike21使用手册Mike21是一款广泛使用的有限元分析(FEA)软件,它可以帮助工程师和设计师在各种工程领域中进行复杂的结构和流体分析。
以下是一个Mike21使用手册的简要概述,以帮助您了解如何使用该软件。
一、软件安装与启动1.下载并安装Mike21软件。
确保您的计算机满足软件的系统要求。
2.启动Mike21软件。
在开始菜单中找到Mike21程序,双击打开。
二、创建新项目1.在Mike21主界面中,选择“文件”菜单,然后选择“新建”选项。
2.在弹出的对话框中,选择您要创建的项目类型(例如结构分析或流体分析)。
3.输入项目名称和保存路径,然后点击“确定”。
三、创建模型1.在Mike21主界面中,选择“模型”菜单,然后选择“创建”选项。
2.在弹出的对话框中,设置模型的单位和网格尺寸。
3.根据您的需求,选择合适的网格类型(例如四面体网格或六面体网格)。
4.在绘图区域中,使用鼠标和键盘进行模型的创建和编辑。
四、材料属性定义1.在Mike21主界面中,选择“材料”菜单,然后选择“定义”选项。
2.在弹出的对话框中,输入材料的弹性模量、泊松比、密度等属性。
3.根据需要,为材料添加其他属性(例如热传导系数、屈服强度等)。
五、边界条件和载荷定义1.在Mike21主界面中,选择“边界条件”菜单,然后选择“定义”选项。
2.在弹出的对话框中,为模型定义边界条件(例如固定约束、自由约束等)。
3.选择“载荷”菜单,然后选择“定义”选项。
在弹出的对话框中,为模型定义载荷(例如集中力、压力等)。
六、求解设置与运行1.在Mike21主界面中,选择“求解器”菜单,然后选择“设置”选项。
2.在弹出的对话框中,设置求解器的类型、迭代次数等参数。
3.点击“运行”按钮,开始进行求解计算。
在计算过程中,您可以在主界面中查看计算进度和结果。
七、结果后处理与输出1.在Mike21主界面中,选择“结果”菜单,然后选择“后处理”选项。
2.在后处理界面中,查看模型的变形、应力分布等结果。
01 MIKE21Chapter软件背景与特点背景特点水利工程水资源管理水环境模拟030201应用领域与范围软件架构与模块组成架构模块组成02 MIKE21Chapter选择安装路径和相关组件。
完成安装。
启动方法菜单栏工具栏提供常用命令的快捷方式,如新建、打开、保存、打印等。
工作区状态栏文件管理支持新建、打开、保存、另存为和关闭文件等操作。
编辑功能提供文本编辑、格式设置、查找和替换等功能。
视图调整工具使用选择菜单栏中的“文件”->“新建”或使用快捷键Ctrl+N。
打开文件选择菜单栏中的“文件”->“打开”或使用快捷键Ctrl+O。
新建文件VS1 2 3保存文件另存为文件关闭文件复制粘贴剪切撤销重做全选03水动力模型建立与运行Chapter运行模型进行模型试算,根据模拟结果调整参数和边界条件,直至达到满意的模拟效果。
设置模型的水动力参数,如糙率、涡动粘性系数等。
设置边界条件确定模型的开边界和闭边界,设置相应的水位、流量等边界条件。
确定研究区域选择需要模拟的水域范围,获取相关地形、岸线和水深数据。
建立网格模型建立流程网格划分与边界条件设置网格类型选择网格分辨率确定边界条件设置水动力参数设置与调整糙率设置涡动粘性系数设置其他水动力参数调整模型运行与结果模型运行01结果输出与可视化02结果分析与评估0304水质模型建立与运行Chapter水质模型概述水质模型定义水质模型是描述水体中各种物质(如营养盐、重金属、有机物等)迁移转化过程的数学表达式。
水质模型分类根据研究目的和对象不同,水质模型可分为河流、湖泊、水库、近海水域等多种类型。
水质模型作用水质模型可用于预测水体污染状况,评估水环境容量,制定水环境保护措施等。
根据研究目的和对象不同,选择合适的水质参数,如溶解氧、氨氮、总磷等。
水质参数选择水质参数数据可通过监测站、实验室化验等途径获取。
参数数据来源在MIKE21中,可以通过输入或修改参数文件来设置和调整水质参数。
目录第一章模型介绍 (1)1.1 简介 (1)1.2 MIKE 21软件特点 (1)1.3 水动力模块原理 (2)1.3.1 控制方程 (2)1.3.2 数值解法 (3)第二章模型构建 (6)2.1 基础数据 (6)2.2 建模步骤 (7)第三章MESH文件生成 (8)3.1 MESH文件生成步骤 (8)3.2常用数据格式 (17)3.3局部加密 (18)3.4北京54坐标投影选择 (22)第四章模型文件 (23)4.1 基本参数设置 (23)4.1.1 模型范围(Domain) (23)4.1.2 时间设置(Time) (26)4.1.3 模块选择(Module selection) (27)4.2水动力模块(Hydrodynamic Module) (28)4.2.1 求解格式(Solution technique) (28)4.2.2 干湿边界(Flood and dry) (29)4.2.3 密度(Density) (31)4.2.4 涡粘系数(Eddy Viscosity) (31)4.2.5底摩擦力(Bed Resistance) (35)4.2.6 科氏力(Coriolis Force) (37)4.2.7风场(Wind Forcing) (37)注意: (38)4.2.8冰盖(Ice coverage) (40)4.2.9引潮势(Tidal Potential) (41)4.2.10降水-蒸发(Precipitation-Evaporation) (42)4.2.11波浪辐射应力(Wave Radiation) (44)4.2.12源(Sources) (44)4.2.13水工结构物(Structures) (46)4.2.14初始条件(Initial Conditions) (61)4.2.15边界条件(Boundary Conditions) (62)4.2.16温度/盐度模块(Temperature/Salinity Module) (68)4.2.17湍流模块(Turbulence Module) (68)4.2.18解耦(Decoupling) (68)4.2.19输出(Outputs) (69)第一章模型介绍1.1 简介MIKE 21是一个专业的工程软件包,用于模拟河流、湖泊、河口、海湾、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及环境。
MIKE 21为工程应用、海岸管理及规划提供了完备、有效的设计环境。
高级图形用户界面与高效的计算引擎的结合使得MIKE21在世界范围内成为了一个水流模拟专业技术人员不可缺少的工具。
丹麦水力研究所开发的平面二维数学模型MIKE 21,曾经在丹麦、埃及、澳洲、泰国及中国香港、台湾等国家和地区得到成功应用,在平面二维自由表面流数值模拟方面具有强大的功能。
目前该软件在中国的应用发展很快,并在一些大型工程中广泛应用,如:长江口综合治理工程、杭州湾数值模拟、南水北调工程、重庆市城市排污评价、太湖富营养模型、香港新机场工程建设等。
1.2 MIKE 21软件特点(1)用户界面友好,属于集成的Windows图形界面;(2)具有强大的前、后处理功能。
在前处理方面,能根据地形资料进行计算网格的划分;在后处理方面具有强大的分析功能,如流场动态演示及动画制作、计算断面流量、实测与计算过程的验证、不同方案的比较等;(3)多种计算网格、模块及许可选择确保用户根据自身需求来选择模型;(4)可以进行热启动,当用户因各种原因需暂时中断MIKE21模型时,只要在上次计算时设置了热启动文件,再次开始计算时将热启动文件调入便可继续计算,极大地方便了计算时间有限制的用户;(5)能进行干、湿节点和干、湿单元的设置,能较方便地进行滩地水流的模拟;(6)具有功能强大的卡片设置功能,可以进行多种控制性结构的设置,如桥墩、堰、闸、涵洞等;(7)可广泛地应用于二维水力学现象的研究,潮汐、水流,风暴潮,传热、盐流,水质,波浪紊动,湖震,防浪堤布置,船运,泥沙侵蚀、输移和沉积等,被推荐为河流、湖泊、河口和海岸水流的二维仿真模拟工具。
1.3 水动力模块原理1.3.1 控制方程Reynolds 值均布的Navier-Stokes 方程,并服从hS yv h x u h t h =¶¶+¶¶+¶¶ (1-1) ()()202000012a xy sx bx xx xx xy s p hu hu huv h f vh gh t x y x xs s gh x x yhT hT hu S x yh r t t r r r r r ¶¶¶¶++=---¶¶¶¶¶¶æö¶¶+--++ç÷¶¶¶èø¶¶++¶¶ (1-2) (1-3)式中:t 为时间;, x y 为笛卡尔坐标系坐标;h 为水位;d 为静止水深;h d h =+为总水深;, u v 分别为, x y 方向上的速度分量;f 是哥氏力系数,2sin f w j =,w 为地球自转角速度,j 为当地纬度;g 为重力加速度;r 为水的密度;xx s 、xy s 、yy s 分别为辐射应力分量;S 为源项;(,)s s u v 为源项水流流速。
字母上带横杠的是平均值。
例如,u 、v 为沿水深平均的流速,由以下公式定义:d d hu u z h -=ò,d d hv v z h-=ò (1-4) ()()S hv hT y hT x y s x s y gh yp h y gh h u f y v h x uv h t v h s yy xy yy yx by sy a +¶¶+¶¶+÷÷øöççèæ¶¶+¶¶--+¶¶-¶¶-¶¶--=¶¶+¶¶+¶¶000020212r r t r t r r r hij T 为水平粘滞应力项,包括粘性力、紊流应力和水平对流,这些量是根据沿水深平均的速度梯度用涡流粘性方程得出的:2xx u T A x ¶=¶,()xy u v T A y x ¶¶=+¶¶,2yy v T A y¶=¶ (1-5) 1.3.2 数值解法(1)空间离散 计算区域的空间离散是用有限体积法(Finite V olume Method ),将该连续统一体细分为不重叠的单元,单元可以是任意形状的多边形,但在这里只考虑三角形和四边形单元。
在MIKE 软件2007版本只能是三角形网格。
浅水方程组的通用形式一般可以写成()()t¶+Ñ×=¶U F U S U (1-6) 式中:U 为守恒型物理向量;F 为通量向量;S 为源项。
在笛卡尔坐标系中,二维浅水方程组可以写为()()I V I V y y x x t x y¶-¶-¶++=¶¶¶F F F F U S (1-7) 式中:上标I 和V 分别为无粘性的和粘性的通量。
各项分别如下:h hu hv éùêú=êúêúëûU ,()22212I x hu hu g h d huv éùêúêú=+-êúêúêúëûF ,02V x u hA x u v hA y x éùêúêúêúæö¶êú=ç÷êú¶èøêúêúæö¶¶+ç÷êú¶¶èøëûF ()22212I y hv huv hv g h d éùêúêú=êúêú+-êúëûF ,02V x u v hA y x v hA x éùêúêúêúæö¶¶êú=+ç÷êú¶¶èøêúêúæö¶ç÷êú¶èøëûF (1-8)20000020000001212xy a xx sx bx s yx yy sy by a s s p s d h gh g f vh hu x x y x y s s p d hgh g f uh hv y y y x y t t r h r r r r r t t r h r r r r r éùêúêúêú¶æö¶¶¶¶êú=+---++-+ç÷¶¶¶¶¶êúèøêú¶¶æö¶¶¶êú+---++-+ç÷êú¶¶¶¶¶èøëûS 对方程(4-6)第i 个单元积分,并运用Gauss 原理重写可得出()()d d d i i i A A s t G ¶+×=¶òòòU ΩF n S U Ω (1-9)式中:i A 为单元i W 的面积;i G 为单元的边界;d s 为沿着边界的积分变量。