CN114936484A - 一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法 - Google Patents

一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114936484A
CN114936484A CN202210373008.7A CN202210373008A CN114936484A CN 114936484 A CN114936484 A CN 114936484A CN 202210373008 A CN202210373008 A CN 202210373008A CN 114936484 A CN114936484 A CN 114936484A
Authority
CN
China
Prior art keywords
simulation
flow
design
ecological
analysis method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210373008.7A
Other languages
English (en)
Inventor
严里特
胡元昶
陈煜�
刘岩
汪洋
郭福建
吴凡
何义
范小叶
贾壮壮
李嘉琪
徐芬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Third Construction Co Ltd of China Construction Eighth Engineering Divison Co Ltd
Original Assignee
Third Construction Co Ltd of China Construction Eighth Engineering Divison Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Third Construction Co Ltd of China Construction Eighth Engineering Divison Co Ltd filed Critical Third Construction Co Ltd of China Construction Eighth Engineering Divison Co Ltd
Priority to CN202210373008.7A priority Critical patent/CN114936484A/zh
Publication of CN114936484A publication Critical patent/CN114936484A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/08—Fluids
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/152—Water filtration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明提供了一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法，构建模拟场地三维模型，采用浅水流动模型，利用Flow 3D模拟水体流动，将模拟场地三维模型导入Flow 3D中，采用有限体积法进行网格划分，之后设置边界条件，运行模拟，获得地理模型的稳定性能曲线以及水体流速变化情况，根据模拟情况多次修改终止时间以及初始时间步长，直到流体达到稳定状态。构建不同的地理模型并依次导入软件中模拟，控制每次模拟参数基本一致，在模拟得到的多组解中选取最优解，最优解下的生态设计后的水体在给定的方向流速下的流动性能最优。本发明实现了利用数字技术辅助水体景观生态设计，为推广数字辅助技术在生态设计领域的应用开辟了新思路。

Description

一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法
技术领域
本发明属于生态设计技术领域，尤其涉及一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法。
背景技术
近些年来，虽然经济高速发展，但是生态环境却不容乐观，据统计，每年有超过80％的污水因处理不当直接排入天然水体，导致全国75％的湖泊污染显著，水质污染问题越严重，水资源就越短缺，这已经成为了不可调和的矛盾。因此，如何将生态设计与市政工程建设更好地结合，成为了新时代的重要议题之一。
目前我国的生态设计与实践正处于探索阶段，而如何应用数字技术辅助水体景观生态规划设计是目前我国生态景观建设行业中所需要解决的重要问题之一。而当前相关模拟软件的技术研究多聚焦于坝体稳定、水体污染等领域，而在模拟公园水体的性能方面却鲜有应用。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法，实现了利用数字技术辅助水体景观生态设计，为推广数字辅助技术在生态设计领域的应用开辟了新的思路。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法，包括如下步骤：
步骤1：初步分析生态设计场地水文及地质资料，将CAD图纸进行简化；
步骤2：对场地进行生态设计，将电子CAD图纸文件导入SU软件中，构建模拟场地三维模型；
步骤3：利用Flow 3D建立模拟任务，采用浅水流动模型，模拟水体流动情况；
步骤4：将模拟场地三维模型文件导入Flow 3D中，并按照实际情况进行网格划分；
步骤5：设置入流边界、水位高度、出流边界、初始时间步长，预估设置体积流量值，设置给定水位，然后运行模拟，获取地理模型的稳定性能曲线以及一定时间下水体流速变化情况；
步骤6：根据模拟情况多次修改终止时间以及初始时间步长，直到流体达到稳定状态，然后多次构建不同的地理模型，重复步骤1至5，依次导入Flow 3D中开展模拟，在控制每次模拟所采用的参数一致的情况下，在数值模拟得到的多组解中选取最优解，最优解下的生态设计后的水体在给定的方向流速下的流动性能最优。
进一步地，所述步骤2中，模拟场地三维模型满足应用Flow 3D开展模拟的精度需求，模拟场地三维模型构建时，选择SU模板单位为毫米，利用卷尺工具按照CAD修改尺寸，选中等高线，按照实地高差依次向下拉伸，最后以.stl为后缀的文件格式输模拟场地三维模型。
进一步地，所述步骤3的过程为：设置模拟进程的终止时间为500s，设置基本单位信息，设置模拟区当地重力加速度，选择粘性流体，默认该流体为层流，调整浅水流动模型中的物理化学参数，选用紊流，阻力系数默认为0.0026，压力选择隐式，然后载入流体。
进一步地，所述步骤4中，采用有限体积法进行网格划分，利用多个小的控制体积单元来表述流体域，每个小的控制体积单元与周围体积单元之间相互影响。
进一步地，所述步骤4中，进行网格划分时，首先添加网格块，然后设置网格尺寸，在浅水流动Z方向设置两层网格且保证底部一层覆盖所有流体，上面一层为无流体和几何模型。
进一步地，所述最终终止时间根据流动稳定性模拟曲线经多次试验确定。
本发明具有如下有益效果：
本发明实现了一套完整的Flow 3D性能模拟软件技术在实地工程中的应用，探索出了一条数字技术辅助水体景观生态设计的崭新路径，可对今后类似的工程建设提供思路上的开拓和借鉴，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法流程图；
图2为简化前CAD图纸；
图3为简化后CAD图纸；
图4为本发明所述模拟场地三维模型示意图；
图5为Flow 3D中构建的网格图形。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述的城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法如图1所示，是基于Flow 3D的城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法，尤其是针对浅水流动模型的模拟，本实施例优选以南京市青龙绿带工程三工区水生态设计为研究对象进行方案说明，具体包括如下步骤：
步骤1：初步分析生态设计场地水文及地质资料，将如图2所示的CAD图纸进行合理简化，得到如图3所示的易于开展模拟且符合工程实际勘察条件的简化图形，确定好每条等高线所对应的具体高程值；
步骤2：将CAD图纸对应的以.dwg为后缀的电子CAD文件导入SketChup（以下简称SU）中，构建如图4所示的模拟场地三维模型，并且保证所构建的模拟场地三维模型满足后续应用Flow 3D开展模拟的精度需求；模型构建时，选择SU模板单位为毫米，利用卷尺工具按照CAD修改尺寸，选中等高线，按照实地高差依次向下拉伸，最后以.stl为后缀的文件格式输出模拟场地三维模型；
步骤3：利用Flow 3D建立模拟任务，采用浅水流动模型，模拟水体流动情况：设置模拟进程的终止时间为500s（最终终止时间根据流动稳定性模拟曲线经多次试验确定），设置基本单位信息，选择合适的单位制，设置模拟区当地重力加速度，选择粘性流体，默认该流体为层流，调整浅水流动模型中的物理化学参数，选用紊流，阻力系数默认为0.0026，压力选择隐式，然后载入流体即可；
所述浅水流动模型是一种平面方向长度远大于垂直方向的流动，主要包括海洋中的流动，河口、湖泊、季节性洪水、沿岸流体、润滑、汽车挡风玻璃的流动等；Flow 3D中的浅水流动模型将复杂的三维模型近似简化为2.5维，大大缩短了计算时间，适用于水力计算中模拟范围较大、更多关注于表面流动的情况；
步骤4：将以.stl为后缀的文件导入Flow 3D，并按照实际情况，采用有限体积法进行网格划分，利用许多小的控制体积单元来表述流体域，每个小的控制体积单元与周围体积单元之间相互影响；
如图5所示，网格划分时，首先添加网格块，然后设置网格尺寸，在浅水流动Z方向设置两层网格且保证底部一层覆盖所有流体，上面一层为无流体和几何模型；
步骤5：设置入流边界、水位高度、出流边界、初始时间步长，预估设置体积流量值，设置给定水位，计算方法选用SOR方法；
步骤6：运行软件程序，判断所获得的地理模型的稳定性能曲线以及一定时间下水体流速变化情况是否满足设计要求；不满足设计要求时，根据模拟情况多次修改终止时间以及初始时间步长，直到流体达到稳定状态后获得一组解；
然后多次构建不同的地理模型，按上述步骤依次导入Flow 3D中开展模拟，在控制每次模拟所采用的参数基本一致的情况下，在数值模拟得到的多组解中选取最优解，以保证生态设计以后的水体在给定的x方向流速下展现出更优越的流动性能。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：初步分析生态设计场地水文及地质资料，将CAD图纸进行简化；
步骤2：对场地进行生态设计，将电子CAD图纸文件导入SU软件中，构建模拟场地三维模型；
步骤3：利用Flow 3D建立模拟任务，采用浅水流动模型，模拟水体流动情况；
步骤4：将模拟场地三维模型文件导入Flow 3D中，并按照实际情况进行网格划分；
步骤5：设置入流边界、水位高度、出流边界、初始时间步长，预估设置体积流量值，设置给定水位，然后运行模拟，获取地理模型的稳定性能曲线以及一定时间下水体流速变化情况；
步骤6：根据模拟情况多次修改终止时间以及初始时间步长，直到流体达到稳定状态，然后多次构建不同的地理模型，重复步骤1至5，依次导入Flow 3D中开展模拟，在控制每次模拟所采用的参数一致的情况下，在数值模拟得到的多组解中选取最优解，最优解下的生态设计后的水体在给定的方向流速下的流动性能最优。
2.根据权利要求1所述的城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法，其特征在于，所述步骤2中，模拟场地三维模型满足应用Flow 3D开展模拟的精度需求，模拟场地三维模型构建时，选择SU模板单位为毫米，利用卷尺工具按照CAD修改尺寸，选中等高线，按照实地高差依次向下拉伸，最后以.stl为后缀的文件格式输模拟场地三维模型。
3.根据权利要求1所述的城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法，其特征在于，所述步骤3的过程为：设置模拟进程的终止时间为500s，设置基本单位信息，设置模拟区当地重力加速度，选择粘性流体，默认该流体为层流，调整浅水流动模型中的物理化学参数，选用紊流，阻力系数默认为0.0026，压力选择隐式，然后载入流体。
4.根据权利要求1所述的城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法，其特征在于，所述步骤4中，采用有限体积法进行网格划分，利用多个小的控制体积单元来表述流体域，每个小的控制体积单元与周围体积单元之间相互影响。
5.根据权利要求1所述的城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法，其特征在于，所述步骤4中，进行网格划分时，首先添加网格块，然后设置网格尺寸，在浅水流动Z方向设置两层网格且保证底部一层覆盖所有流体，上面一层为无流体和几何模型。
6.根据权利要求1所述的城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法，其特征在于，所述最终终止时间根据流动稳定性模拟曲线经多次试验确定。
CN202210373008.7A 2022-04-11 2022-04-11 一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法 Pending CN114936484A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210373008.7A CN114936484A (zh) 2022-04-11 2022-04-11 一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210373008.7A CN114936484A (zh) 2022-04-11 2022-04-11 一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114936484A true CN114936484A (zh) 2022-08-23

Family

ID=82862833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210373008.7A Pending CN114936484A (zh) 2022-04-11 2022-04-11 一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114936484A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116484771A (zh) * 2023-06-21 2023-07-25 陕西空天信息技术有限公司 一种轴流压气机cfd网格生成的方法及装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116484771A (zh) * 2023-06-21 2023-07-25 陕西空天信息技术有限公司 一种轴流压气机cfd网格生成的方法及装置
CN116484771B (zh) * 2023-06-21 2023-08-25 陕西空天信息技术有限公司 一种轴流压气机cfd网格生成的方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109657418B (zh) 一种基于mike21的湖泊水环境容量计算方法
CN103559375B (zh) 调度工程水质改善的数值模拟及可视化仿真系统
CN107091911A (zh) 一种河流水质预测方法
CN109918821B (zh) 一种迎风守恒型河道漫溢出流数值模拟方法
CN111090902B (zh) 一种基于地下水模型的坎儿井数值模拟方法
Jiang et al. Drying–wetting approach for 3D finite element sigma coordinate model for estuaries with large tidal flats
CN116151152B (zh) 一种基于无网格计算的水动力数值模拟计算方法
CN114936484A (zh) 一种城市公园生态水系统效能设计模拟分析方法
CN113191054A (zh) 一种基于显卡加速耦合管网的高精度城市雨洪模拟方法
CN115688246A (zh) 一种局部坐标系下的水库库容模拟方法及装置
Wu et al. Numerical investigation of dissolved oxygen transportation through a coupled SWE and Streeter–Phelps model
CN114117965A (zh) 一种基于两侧半圆柱矩形槽比降效应的灌区渠道测流法
Thakur et al. Exploring CCHE2D and its sediment modelling capabilities
CN114757049A (zh) 流域污水处理厂提标改造的必要性分析验证方法
CN113779821A (zh) 一种甲烷泄漏时的扩散仿真方法和系统
CN113327323A (zh) 基于散点数据的水体环境地形构建方法
CN113743032A (zh) 一种基于mike 11确定城市河网最佳活水循环方案的方法
CN112948915B (zh) 一种用于数值模拟试验中竖直涉水建筑物的概化处理方法
Hobi Analytical Study of Haditha Reservoir Sedimentation by CFD Model
CN116305866A (zh) 一种城市排水系统滚动模拟方法
Mansoor Sediment Transport and Metals Modeling in an Urban Stream-The Don River, Toronto
Lai 3D CFD Simulation: Terrain-Conforming versus Terrain-Embedding Method
CN117910222A (zh) 一种基于动边界的流域水文模型出口动态确定方法
Loudyi et al. MODFLOW: An Insight into thirty years development of a Standard Numerical Code for groundwater simulations
Plüß et al. Morphodynamic multi-model approach for the Elbe estuary

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination