[发明专利]虚拟仿真与数值模拟双向融通控制波浪水槽的方法

说明书

本发明公开了一种使用“虚拟仿真+数值模拟”双向融通开发波浪水槽的方法，属于波浪水槽实验技术。该方法包括：首先使用直角坐标系和C网格构架离散网格以及Fortran95程序算法建立波浪水槽数学模型；然后借助HTML和JavaScript相关技术对输入的波浪水槽模型参数进行处理，使用cmd命令和scilab科学计算软件对处理结果进行可视化呈现。本发明将虚拟仿真技术和数值模拟技术有效结合使用，能够通过设置参数指标模拟出复杂的水下动力机制环境，帮助学生牢固掌握实验教学内容；借助HTML和JavaScript相关技术对所输入的参数进行文件处理，模拟不同的水下动力机制环境；利用scilab软件将模拟结果呈现出来，使学生获得直观的感受，有助于海洋专业教学。

技术领域

本发明属于波浪水槽实验技术领域，具体是一种虚拟仿真与数值模拟双向融通控制波浪水槽的方法。

背景技术

目前，虚拟仿真技术在教育行业被越来越广泛的使用，这促进了现代科学信息技术与课堂教学的深度结合，但是虚拟仿真环境和现实情况只是极为相似，并没有具体明确的指标界定，这就导致了海洋技术专业的学生在进行课程相关的水下实验时，单凭借虚拟仿真技术无法获得高度仿真的水下动力环境机制，无法得到有效的实现结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种能够设定明确参数指标，高度还原水下动力环境机制的波浪水槽的方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，本发明是一种虚拟仿真与数值模拟双向融通控制波浪水槽的方法，其特点是，包括以下步骤：

步骤一，建立波浪水槽数学模型：

（1）在模拟水槽中选取一竖直横向断面，取x轴水平向右，z轴垂直向上建立直角坐标系，确定好自由水面与水槽底部位置，不考虑地转因素，采用如下的控制方程：

式中：u，w分别是x轴和z轴方向上的流速分量；

t表示时间，P表示压强，ρ´表示密度超量，ρ₀表示水的密度；

A_h，A_z分别是水平、垂向耗散系数；K_h，K_z分别是水平、垂向扩散系数；

（2）在上述的直角坐标系中建立C网格构架离散网格，网格位置用层号i和列号k表示；

（3）使用Fortran95编写系统的程序代码，完成波浪水槽数学模型的建立。

步骤二，导入波浪水槽参数，控制模拟波浪水槽：

将水深和水槽地形参数导入建立的波浪水槽数学模型中，数学模型根据参数控制模拟波浪水槽水下动力条件。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案进一步来实现，以上所述的虚拟仿真与数值模拟双向融通控制波浪水槽的方法中，在步骤一中的离散网格中，将标量P设置于网格中心，将u和w设置于标量的四周。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，以上所述的虚拟仿真与数值模拟双向融通控制波浪水槽的方法中，步骤二中借助HTML和JavaScript相关技术对所输入的参数进行文件处理，利用FileSystemObject实现文件操作功能；完成参数设置后通过调用cmd命令，执行编译命令并打开scilab科学计算软件进行绘图。