[发明专利]一种基于CFD预测消浪过程的方法及其生态修复应用

权利要求书

1.一种基于CFD预测消浪过程的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、拟合湖床地形数字图像：基于实测的湖床测绘图，拟合生成地形数字图像；

S200、拟合地形曲面：采集地形数字图像上的点坐标数据，拟合生成地形曲面；

S300、利用消浪设施与地形曲面构造流体域几何模型：基于地形曲面的边界线，利用几何拓扑学创建辅助曲面，封闭地形曲面、辅助曲面和消浪设施围成的区域，形成流体域几何模型；

S400、建立消浪过程流动数值计算模型：根据流体力学基本方程建立包含体积分数函数输运计算格式和水气交界自由表面重构算法的数值计算模型；

S500、对所述流体域几何模型进行网格划分，得到流体域网格模型，用于离散流体力学基本方程；

S600、设定所述流体域网格模型的初始条件、边界条件(含入射波)，进行数值求解，得到消浪过程的定量计算。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，优选的，所述步骤S100拟合湖床地形数字图像的步骤为：

S1001、编制拟合计算程序，读取实测湖床地形测绘图中的等高线数据；

S1002、设定拟合步长，基于所述等高线数据得到地形数字图像。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：

所述边界条件包括壁面边界、流体域入口边界、流体域出口与侧面边界；

其中：

所述壁面边界：采用无滑移壁面边界条件；

所述流体域出口与侧面边界：采用静水压力边界；

所述流体域入口边界：采用人工波浪边界条件。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述入射波采用二阶Stokes波。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S400中的数值计算模型包括N-S方程离散格式、体积分数函数输运模型以及自由表面重构算法模型。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S500中进行网格划分时采用结构化网格划分，将流体域几何模型剖分成若干个具备扫掠特征的子特征，设置网格密度控制数据，基于扫掠特征生成流体域的六面体网格。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述六面体网格包括棱柱体网格、正方体网格、长方体网格。

8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述初始条件包括基于流体域网格模型的初始水位分布、初始流速。

9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述数值求解能够采用的方法包括有限差分法和有限体积法。

10.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

S700、利用步骤S600求解得到的结果，指导消浪设施本体设计。

11.根据权利要求10所述方法，其特征在于，所述消浪设施包括消波坝、消浪墙和群桩。

12.根据权利要求11所述方法，其特征在于，所述消波坝、消浪墙和群桩的边界条件采用无滑移壁面边界条件。

13.根据权利要求11所述方法，其特征在于，所述消浪墙采用段状分布。

14.根据权利要求10所述方法，其特征在于，所述消浪设施本体设计包括壁面压力分布模式统计、壁面压力时间历程分析、消浪墙配筋计算。

15.根据权利要求10至14任一所述方法，其特征在于，所述方法还包括：

S800、将计算结果及设计结果作为生态修复的量化依据，应用于生态修复工程。