水力學的案例
什么是水力學？？
水力學
水力學是研究以水為代表的液體的宏觀機械運動規律，及其在工程技術中的應用。水力學包括水靜力學和水動力學。
水力學是建立在實踐基礎之上的一門學科，從工程意義上講，它是一門經驗學。
水靜力學
主要研究液體靜止或相對靜止狀態下的力學規律及其應用，探討液體內部壓強分布，液體對固體接觸面的壓力，液體對浮體和潛體的浮力及浮體的穩定性，以解決蓄水容器，輸水管渠，擋水構筑物，沉浮于水中的構筑物，如水池、水箱、水管、閘門、堤壩、船舶等的靜力荷載計算問題。
水動力學
主要研究液體運動狀態下的力學規律及其應用，探討管流、明渠流、堰流、孔口流、射流多孔介質滲流的流動規律，以及流速、流量、水深、壓力、水工建筑物結構的計算，以解決給水排水、道路橋涵、農田排灌、水力發電、防洪除澇、河道整治及港口工程中的水力學問題。
水力學方法
1.對原型流動進行系統的觀察和測定，從原始數據中尋求流動規律，是水力學研究的最可靠的方法。它是水力學的精髓，也是水利研究的基本原則。
2.可在實驗室根據力學相似原理，找出影響流動的主要作用力，選用相應的模型律，以縮小的比例尺在模型上近似地重現和原型成一定比例的流動，根據模型流動的測定，估算原型流動的狀態和各種參數，是數理分析和實驗分析的重要補充，它是以白金漢提出的定理為依據，使有因次方程無因次化。這種方法，可以稱為試驗法或實踐法。
水力學基本量
水力學的基本量是長度、時間和質量。
理論法：
獨立因次的數目為三，用無因次方程代替有因次方程可以使變量減少三個，這在實驗分析中，可大量地減少實驗次數加速實驗進程。在理論分析中，可以更合理地提出變量關系式。
展開 SALOME_HYDRO在二維水力學不確定性分析方面的應用
結語
本期簡單介紹了SALOME_HYDRO在二維水力學研究中的應用，同時我們也看到可以通過TELEMAC模塊和OpenTURNS模塊之間實現互操作性，對水力學研究中的不確定性進行處理。
Salome平臺所包含的模塊和功能還有很多未能詳盡地介紹，感興趣的朋友可以訪問Salome的官方網站：https://www.salome-platform.org ，其包含關于該平臺的各類資料例如用戶手冊，技術文件和教程等，能夠為軟件的理解和使用提供非常重要的參考材料。
來源： 能源數值平臺
【CAE案例】針對法國吉倫特河口灣大尺度地貌動力學數值模擬研究
在工具方面我們將利用法國電力自主開發的自由水力學軟件TELEMAC-MASCARET。其中為平衡模型精度和計算資源要求，我們將主要利用2D模型來進行研究。關于該模型的具體細節設定會在接下來的部分介紹。
02 模型建立
水力學模型
水力學部分將由TELEMAC-MASCARET系統中的二維水力學模塊TELEMAC-2D完成建模。模型的計算范圍將覆蓋整個吉倫特河口，包括上游河段、中央匯流區和入?？?。TELEMAC-2D中所使用的非結構有限元網格可以更加適應大尺度建模的需要，同時在重點區域（例如在本案例中的中央匯流區）可以進行較為靈活的網格加密以反映該區復雜的物理現象。另外深度平均淺水控制方程的使用也可以節省更多的計算資源。
泥沙遷移模型
泥沙遷移部分的建模由同樣包含于TELEMAC-MASCARET系統的SISYPHE模塊完成。該模塊的核心控制方程為?？思{方程（Exner equation），其廣泛用于反應泥沙等沉積物的質量守恒。在泥沙遷移的計算過程中SISYPHE會將整個泥沙部分分成河床底積以及懸移質，前者可通過半經驗公式Meyer-Peter Muller 來估計，而后者將通過解算另一個遷移方程以獲得深度平均泥沙含量。
模型耦合
鑒于泥沙遷移現象主要發生在河流近床部分，模型耦合過程中河流底部的速度將被作為主要參數之一參與泥沙遷移的計算。而考慮到基于深度平均淺水方程的TELEMAC-2D的輸出為深度平均流速，因此需要特殊的校正處理。主要方式是通過在解算過程中加入一個基于空間變化的位于[0,1]區間之內的校正系數來人為降低河流的遷移速率，當然這種處理會使模型在數值解算過程中產生不穩定性，因此我們在水平移流解算過程中加入一個隱式的沉降速率項以避免計算崩潰。
展開 【CAE案例】在盧瓦爾河修復工程中的應用
為了優化修復工程中的具體操作，需要建立并校準水力學模型、沉積物輸運模型以及河床演變模型。
本文將介紹基于水動力學仿真的模型建立、標度過程，并展示該模型如何用于優化河床結構。
（美麗的盧瓦爾河，圖片來自百度）
02 模型介紹
ARTELIA Eau & Environnement公司建立并標度了一個網格精細的水力與沉積模型，河道中的網格長度約等于10米（網格局部特寫如下圖所示），該模型覆蓋了盧瓦爾河18公里長的流域。其中，水力學模型的計算使用的是三維水力學模塊TELEMAC-3D模塊，沉積物運輸以及河床演變的計算使用的是內部耦合了動力地貌學模塊SISYPHE的TELEMAC-3D模塊。
水力學與動力地貌學耦合標度：
A.水力標度
水力標度主要基于低、中和高流量區域的水面輪廓，給不同的區域（裂縫結構、一級河道中的沙床和寬闊的二級河道、狹窄的二級河道、洪泛區）分配不同的摩擦系數。除了一級河道中的沙床外，我們認為粗糙系數在所有區域都是恒定的?；炯僭O是沙丘的形成（其大小隨著水位增加而增加）是沙床中產生摩擦力的主要原因。
盡管可以對不同的排放量下的水位值進行統計調查，但由于以下三個原因，摩擦系數依然很難標度：
1. 即使整體的平均摩擦力可以確定，由于缺乏可信的速度剖面測量，防波堤和沙床之間的相對摩擦依然難以確定。
2. 存在一些河床粗糙度預測器，可以將局部沉積變量和水力變量與粗糙度聯系起來，理論上可以提供物理性更強的摩擦系數的時空演化。但這些預測器并未在本研究中進行測試。
3. 低排放量處的水位計算高度依賴于水深測量，水位的實際觀測值與可得到的測深學數據不相符導致計算水位和觀測水位之間存在較大差異。水力與地形動力耦合標度可以有效克服這一困難。
展開 
【CFD仿真算例】防洪保護區淹沒風險仿真
水文學和水力學的區別
“洪水風險圖導則”中推薦使用3種方法進行洪水風險分析，即水力學法、水文學法和歷史水災法。那到底“水文學”和“水力學”有什么區別？
水文學（hydrology）是地球物理學和自然地理學的分支學科。研究存在于大氣層中、地球表面和地殼內部各種形態水在水量和水質上的運動、變化、分布，以及與環境及人類活動之間相互的聯系和作用。
水力學是研究以水為代表的液體的宏觀機械運動規律，及其在工程技術中的應用。水力學包括水靜力學和水動力學。
洪水風險圖的內容要求
1、1：5萬基礎地理數據為測繪標準數據，按測繪標準分層；
2、水利工程類,包含了基礎地理（如若不具備5萬基礎地理數據時使用，地圖表達參考5萬數據模型）水利工程、防汛抗旱工程設施及搶險救災與避險轉移路線等要素內容；
3、洪水風險專題要素，包括潰口、淹沒范圍、淹沒水深、水深等深線、洪水流速、到達時間及淹沒歷時；
4、水利工程與洪水風險專題類圖形數據以一定方式分層（數據分層及編碼規范依據：地形圖圖式國標、防汛抗旱用圖圖式）。
?。∥恼聝热蒉D自微信公眾號“云數仿真”，更多數值仿真精彩內容，請關注微信公眾號。
展開 FLOW-3D在溢洪道的設計與評估的應用案例
Doering
Hydraulics Research & Testing Facility , University of Manitoba
加拿大 Manitoba 大學 水力學研究與試驗設備室 (HRTF) 成立 1995 年，由 Manitoba Hydro 公司以及加拿大自然科學與工程研究委員會（ NSERC ）、 Manitoba 省以及 Manitoba 大學資助成立。實驗室擁有大量水力學研究設備、器材和人員，除了提供水力學應用與基礎理論研究外，還承擔相關的研究項目以及大量的產品試驗。
Manitoba Hydro 公司擁有 14 個水力發電模組，預計總的發電量可達 5000 MW 。
本篇研究目的：利用 FLOW-3D 研究溢洪道的設計與評估，以及數值模擬結果與實驗相互對比。
溢洪道的數值模型與實驗模型
利用 FLOW-3D 對下列三個溢洪道模型進行分析及評估
? Wuskwatim (P/Hd = 0.9)
? Limestone (P/Hd = 1.4)
? Conawapa (P/Hd = 1.8)
? P/Hd affects C in
模型設定
Case1, Wuskwatim Generating Station (206 MW)
水工模型 / CAD 幾何 / FLOW-3D 網格
實驗結果與數值模擬對比
Case2.
展開 【開源CAE培訓通知】TELEMAC-MASCARET水動力及泥沙遷移專題培訓
為普及和推廣高性能水力學模擬軟件使用、培養高水平水力學專業人才，浙江遠算科技有限公司將于2021年4月14-16日在杭州舉辦水力學模擬軟件TELEMAC-MASCARET培訓，具體安排如下：
培訓對象
從事水力學工作研究的各類工程科研人員
包括但不限于企業中從事仿真分析的工程師、設計師，科研院所的水力學科研人員，高等院校水力學教師、研究生和本科生
培訓時間
2021年4月14日-16日
報名截止時間：2021年4月13日
本次培訓名額為30人，名額有限，報名從速。
【EDF開源CAE】TELEMAC-MASCARET在洪患和壩潰數值模擬中的應用
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研究目的
本案例是采用TELEMAC 2D水力學模型模擬河流動力學中的兩種主要風險類型：洪患和潰壩，并研究模型中不確定度的傳播。不確定性的傳播由TELEMACMASCARET SYSTEM的開源平臺SALOME-HYDRO和TELAPY模塊（PYTHON API）模擬完成。
02
不確定度
河道水力學的數值計算主要基于對Saint-Venant或Navier-Stokes微分方程的離散求解，這個過程包括簡化假設、輸入數據(如評級曲線、水深測量、水文圖)以及輸入一些帶有不確定度的參數。
目前，大部分的參數是采用后驗校準，如果因為缺乏數據而無法進行校準，那么將基于人為判斷進行結果的驗證，這將導致結果存在很大的不確定性。因此，不確定性量化是一種很有價值的決策工具，它可以確定結果的置信區間，判斷結果是否符合設計要求。
不確定度量化的具體計算方法分為以下三個步驟：
定義模型、統計量以及對應的標準；
量化模型輸入參數中不確定度的來源，這些不確定度將通過適當的概率分布來描述；
將輸入的不確定度在模型中傳播。
展開 水數值模型奠基人：MIKE
在校期間，他干了幾件值得他吹一輩子牛的事情（重頭戲來了）：
1969年，他創立了計算水力學（Computational Hydraulics），自封為計算水力學之父，1989年，他又在原來計算水力學的基礎上，更創立了水信息學（Hydroinformatics），水信息學的最核心的內容是數值模型，MIKE又自封為水信息學之母。1999年他又和Roger Falconer教授一起，創立了Hydroinformatics期刊（2017-2018影響因子1.797），相比我們的給水排水（0.568）加上中國給排水（0.642），還要高很多。Hydroinformatics目前每兩年舉辦一次大會。
在此期間，他又任職于丹麥水利研究所 (DHI)，領導并且開發了第三代水力模型軟件，隨后又主導開發了第四代商業水力模型軟件Mouse,MIKE 11, MIKE 21, MIKE SHE等，這些軟件在世界上獲得了巨大的成功，110多個國家都在用MIKE的軟件，包括中國現在很多科研院所，規劃設計院，水務運營機構都在沿用至今，也是為了紀念MIKE對于商業水力模型軟件的貢獻，當時DHI的總經理Torben S?rensen將開發出來的這些軟件均以MIKE打頭來命名，這是一個行業里面至高的榮譽，現在我們每次打開軟件的時候，都是在向這位大師致敬！
牛人的事業永遠沒有終點，2000年MIKE又離開了DHI開始了他新的征程，這一站，他還是來到了荷蘭到三角洲研究院做了3年的咨詢顧問，
咨詢顧問干的沒太大意思了，MIKE決定整個新的方向玩玩，他在比利時創立了一個公司，叫知識工程公司（KnowledgeEngineeringBVBA），從基本開始，關于知識本身的知識，更深入的了解水和關于水的一切。
除了科學和技術本身，MIKE也是一位頗具人文關懷和對社會問題有著深刻思考的一位學者。
展開 液態金屬成形有哪些特點？
液態金屬充型流動過程的水力學特性目前在實際鑄造生產中，砂型仍占相當大的分量，而液態金屬在砂型中流動時呈現出如下水力學特性：1. 粘性流體流動：液態金屬是有粘性的流體。液態金屬的粘性與其成分有關，在流動過程中又隨液態金屬溫度的降低而不斷增大，當液態金屬中出現晶體時，液體的粘度急劇增加，其流速和流態也會發生急劇變化。2. 不穩定流動：在充型過程中液態金屬溫度不斷降低而鑄型溫度不斷增高，兩者之間的熱交換呈不穩定狀態。隨著液流溫度下降，粘度增加，流動阻力也隨之增加；加之充型過程中液流的壓頭增加或和減少，吹塑具液態金屬的流速和流態也不斷變化，導致液態金屬在充填鑄型過程中的不穩定流動。3. 多孔管中流動：由于砂型具有一定的孔隙，可以把砂型中的澆注系統和型腔看作是多孔的管道和容器。液態金屬在“多孔管”中流動時，往往不能很好地貼附于管壁，此時可能將外界氣體卷入液流，形成氣孔或引起金屬液的氧化而形成氧化夾渣。4. 紊流流動：生產實踐中的測試和計算證明，液態金屬在澆注系統中流動時，其雷諾數Re大于臨界雷諾數Re臨，屬于紊流流動。例如ZL104合金在670℃澆注時，液流在直徑為20mm的直澆道中以50cm/s的速度流動時，其雷諾數為25000，遠大于2300的臨界雷諾數。對一些水平澆注的薄壁鑄件或厚大鑄件的充型，液流上升速度很慢，也有可能得到層流流動。輕合金優質鑄件澆注系統的研究表明，當Re＜20000時，液流表面的氧化膜不會破碎，如果將雷諾數控制在4000～10000，就可以符合生產鋁合金和鎂合金優質鑄件的要求。有人通過水力模擬和鋁合金鑄件的實澆試驗證明：允許的最大雷諾數，在直澆道內應不超過10000，橫澆道內不超過7000，內澆道內不超過1100，型腔內不超過280。 綜上分析，影響金屬液流動的平穩性的主要因素是金屬液的流動速度和澆注系統的形狀及截面尺寸。
展開 【EDF開源CAE】使用TELEMAC-MASCARET模擬城市降雨造成的內澇沖淹
目前洪水風險分析常采用的方法有地貌學方法、歷史洪水類比方法、水文水力學方法。
地貌學方法
根據地區地貌特征的空間分布進行分析
數據老舊不準確，結果比較粗略
歷史洪水類比方法
根據歷史洪水的淹沒特征反映洪水風險
對洪水的量化描述程度不高，結果精度受限
水文水力學方法
根據最新地理信息（城市建筑、道路、地鐵、隧道等）、人口信息、經濟狀況等進行數值模擬仿真
結果更加精確，適用范圍更廣，靈活度高，可結合其他因素(如人口、經濟等)出綜合預測結果
本案例中，我們根據地理特征、建筑及街道尺寸等信息，使用水文水力學方法，以TELEMAC-MASCARET為工具，對特大降雨可能造成的城區內澇場景進行推演，計算出淹沒范圍、淹沒水深、淹沒時長、水流流速等動態信息，并將其展示在衛星圖上，構建出逼真的洪水演進場景（如下圖所示），為城鎮的防洪減災工作提供了有效的科學依據，并為后期的城市內澇預警、防范預測、應急響應方案提供技術基礎。
模型構建與計算
首先，我們導入已有的地形文件，建立河流以及周邊地區模型，勾勒出建筑物的形狀。模型建立完成后如下圖所示，其中藍色區域為河流，黃綠色區域為高程不同的城區，白色區域為不可淹沒的建筑物。
然后，我們對模型進行整體的網格劃分以及河流區域的局部網格加密，并將地形信息插值到網格中，建模和網格的生成都在SALOME平臺上完成，最后得到的網格如下圖所示。網格總數為45782，網格最大尺寸為200，最小尺寸為50。
展開 
精餾塔設計：再沸、回流的流股體積流量數據如何獲取？
傳統方法
如果使用傳統方法，想要獲取到全部的這些數據，需要首先完成水力學分析（塔內件設計）。完成之后，我們可以發現在塔模塊→分布（Profiles）當中，水力學頁面由灰色變為有數據的激活狀態。其中就會顯示每一塊塔板的氣液相體積流量。
剩下的，就是非常關鍵的了，需要你對Aspen的精餾塔模塊以及塔設備運行非常熟悉。在Aspen Plus塔模塊當中，塔頂冷凝器（如果有的話）被標注為第一塊塔板，塔釜再沸器（如果有的話）被標注為最后一塊塔板。只有知道這個你才能選出準確的體積流量數值。
就拿上面這張圖的數據為例，如果我們想要獲取前往塔頂冷凝器的塔頂蒸汽接管尺寸，就必須獲取到塔頂蒸汽流量，而這個流量是哪個數值呢？這股蒸汽在真實的精餾塔當中是第一塊塔板的氣相流量，由第一塊塔板到達冷凝器。上圖表格當中注明的是“氣相體積流量，到達”，也就是到達該塔板的氣相體積流量，而前面說了，Aspen當中冷凝器就是第一塊塔板，所以也就是到達第一塊塔板的氣相流量，也即64893 cum/hr。而液相回流的數據呢？根據上圖，第一塊板（也即冷凝器）產生了液相體積為86.0991cum/hr，這些液相有兩個去向（對于全凝器而言），一部分直接出料，剩余部分回流。
展開 【更新準確時間安排】遠算學院2021下半年仿真軟件培訓計劃預告
點藍色字關注“遠算云學院”
為普及和推廣仿真軟件使用、培養高水平水力學專業人才，浙江遠算科技有限公司將在2021下半年繼續進行Code_Aster、Code_Saturne、TELEMAC-MASCARET、Salome四款軟件的培訓課程，培訓計劃預告如下：
08/25 — 08/27
SALOME專題培訓：CAE仿真前、后處理
09/15 — 09/18
TELEMAC專題培訓：水動力
10/20 — 10/22
Code_Saturne專題培訓：多組分氣體混合及冷凝仿真
11/24 — 11/26
Code_Aster專題培訓：土木工程
12/15 — 12/17
TELEMAC專題培訓：1D模塊
注：每月詳細課程通知及報名途徑將于課程開始前一個月發布
1
培訓對象
從事結構力學、流體力學、水力學工作研究的各類工程科研人員，包括但不限于企業中從事仿真分析的工程師、設計師，科研院所的科研人員，高等院校教師、研究生和本科生。
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培訓模式
采用理論講解+案例介紹+實例練習的模式進行。
展開 紊流水力學
美國待了近十年
【9月CAE培訓】遠算科技聯合法國電力集團與河海大學共同舉辦TELEMAC-MASCARET專題培訓通知
為普及和推廣高性能水力學軟件使用、培養高性能水力學專業人才，EDF 法國電力集團、河海大學港口海岸與近海工程學院聯合EDF仿真軟件官方合作伙伴遠算科技將于2021年9月15日至18日舉辦第三屆TELEMAC-MASCARET培訓課程，這也是遠算聯合法電“走進高?！贝笮团嘤柣顒拥牡谝徽?。具體安排如下：
培訓對象
從事水力學研究的科研院所和
高校教師、研究生、科研工作人員及相關企業工程師。
培訓時間
2021年9月15日～18日
報名截止時間：
2021年9月15日
本次培訓名額有限，報名從速
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