[发明专利]一种处理干湿边界问题的介观方法

说明书

技术领域

本创新方法属于水力学领域，涉及计算水力学中干湿边界的处理，尤其是基于浅水方程的介观数值算法。

背景技术

在自然界和水利工程中，浅水流都十分常见，如河流，湖泊和港口等。对浅水流的数值模拟方法很多，这些方法经常需要处理水流的干湿边界问题，即对水体与陆地等固体接触的边界处进行特殊处理。对干湿边界问题的研究一直受到国际上的广泛关注(Balzano，1998)。近十多年来，干湿边界处理方法的研究主要有：有限元方法中Kennedy et al.(2000)使用的狭缝方法，即假设在干边界处水底有一条狭缝，使水深可以低于地表；Lynett et al.(2002)使用线性外延对干网格单元进行差值，从而获取干网格单元的水深和流速等；Madsen et al.(2007)提出薄膜方法以应用于边界处的干网格，即假设干网格单元处具有非常薄的一层水，然后将其作为正常水体来计算模拟。Frandsen(2008)将线性外延法和薄膜法应用于近年来发展迅速的介观方法——格子Boltzmann方法，对具有干湿边界问题的浅水流进行模拟；Shafiai(2011)也将同样的思想融入到湍流格子Boltzmann方法中并进行了大量的测试计算。而运用介观方法处理干湿边界问题的相关研究在我国尚未有公开文献和专利。目前这些干湿边界处理方法有的使用非物理的线性外延，有的使用薄膜虚拟假设，均不可避免的在一定程度上增加了数值模型误差，而且对浅水问题中至关重要的外力(如风应力、底面摩擦力等)考虑不足，容易造成结果准确性下降，甚至得到失真的非物理模拟结果。

发明内容

为克服现有方法的不足，本发明基于介观格子Boltzmann理论，提供一种的处理干湿边界问题的新方法，该方法无需采用对水深和流速等变量的线性外延，也不基于薄膜假设，而且能够方便灵活的将外力作用引入模型并避免人为因素造成的物理失真。

附图说明

图1.干湿边界网格单元的构造(d和w分别代表干湿网格单元)。

图2.实施步骤流程图。

图3.三种方法计算出的水面线与实验数据对比图。

具体实施方式

本发明解决技术问题所采用的技术方案包含以下几步：

1.建立浅水方程的格子Boltzmann模型

浅水流的数学模型为浅水方程。浅水方程可以从内维尔-斯托克斯方程基于垂向静水压力假设推导出来，为方便讨论，这里列出一维形式，如式(1)和(2)所示，

∂h∂t+∂(hu)∂x=0---(1)]]>