MIKE21教程

水动力模块中文手册—FlowModel（fm）2012-6-7北京MIKE模型—水利数值模拟计算技术应用教程2目录第一章模型介绍.................................................................................................11.1简介........................................................................................................11.2MIKE21软件特点.................................................................................11.3水动力模块原理....................................................................................21.3.1控制方程.....................................................................................21.3.2数值解法.....................................................................................3第二章模型构建.................................................................................................62.1基础数据................................................................................................62.2建模步骤................................................................................................7第三章MESH文件生成.....................................................................................83.1MESH文件生成步骤.............................................................................83.2常用数据格式.......................................................................................173.3局部加密...............................................................................................183.4北京54坐标投影选择.........................................................................22第四章模型文件...............................................................................................234.1基本参数设置......................................................................................234.1.1模型范围（Domain）...............................................................234.1.2时间设置(Time)......................................................................264.1.3模块选择（Moduleselection）................................................274.2水动力模块（HydrodynamicModule）............................................284.2.1求解格式（Solutiontechnique）.............................................284.2.2干湿边界(Floodanddry)........................................................294.2.3密度（Density）.......................................................................314.2.4涡粘系数（EddyViscosity）...................................................314.2.5底摩擦力（BedResistance）....................................................354.2.6科氏力(CoriolisForce)............................................................36MIKE模型—水利数值模拟计算技术应用教程34.2.7风场(WindForcing)..................................................................36注意:....................................................................................................374.2.8冰盖(Icecoverage)...................................................................394.2.9引潮势（TidalPotential）.........................................................404.2.10降水-蒸发（Precipitation-Evaporation）..............................414.2.11波浪辐射应力(WaveRadiation)............................................424.2.12源(Sources).............................................................................434.2.13水工结构物（Structures）....................................................454.2.14初始条件(InitialConditions)..................................................604.2.15边界条件(BoundaryConditions)...........................................614.2.16温度/盐度模块(Temperature/SalinityModule)......................674.2.17湍流模块(TurbulenceModule)..............................................674.2.18解耦(Decoupling)...................................................................674.2.19输出(Outputs).........................................................................68MIKE模型—水利数值模拟计算技术应用教程1第一章模型介绍1.1简介MIKE21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。MIKE21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MIKE21，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。1.2MIKE21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，MIKE模型—水利数值模拟计算技术应用教程2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：hSyvhxuhth=¶¶+¶¶+¶¶（1-1）()()202000012axysxbxxxxxxysphuhuhuvhfvhghtxyxxssghxxyhThThuSxyhrttrrrrr¶¶¶¶¶++=---¶¶¶¶¶¶æö¶¶+--++ç÷¶¶¶èø¶¶++¶¶（1-2）（1-3）式中：t为时间；,xy为笛卡尔坐标系坐标；h为水位；d为静止水深；hdh=+为总水深；,uv分别为,xy方向上的速度分量；f是哥氏力系数，2sinfwj=，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；xxs、xys、yys分别为辐射应力分量；S为源项；(,)ssuv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：ddhuuzh-=ò，ddhvvzh-=ò（1-4）()()ShvhTyhTxysxsyghyphyghhufyvhxuvhtvhsyyxyyyyxbysya+¶¶+¶¶+÷÷øöççè涶+¶¶--+¶¶-¶¶-¶¶--=¶¶+¶¶+¶¶000020212rrtrtrrrhMIKE模