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校準模擬參數

校準研究的目標

研究各種數值參數對階梯式溢洪道加氣模擬的影響。

工程挑戰

生成一個自動化的工作流程，允許用戶輕鬆研究數值參數對空氣夾帶初期模擬的影響，並幫助校準它們以匹配實驗數據1。

要研究的參數是網格大小、湍流模型、湍流長度尺度以及動態與固定湍流長度尺度。此外，FLOW-3D (x)將創建最後一個時間步的夾帶空氣濃度圖像和一個動畫，顯示模擬中夾帶空氣的演變。

FLOW-3D (x) 工作流程

模擬設置了第 3、4 和 5 步的採樣體積，以報告夾帶空氣的量。FLOW-3D (x)使用節點來構建自動化工作流。第一個節點用於從 .csv 文件中讀取仿真參數。然後將參數發送到FLOW-3D節點以執行模擬。後處理節點從溢洪道上每一步的採樣體積中提取夾帶空氣量，創建最後時間步的夾帶空氣圖像，並創建空氣夾帶動畫。最後一個節點將報告的夾帶空氣值從我們的採樣體積寫入 .csv 文件。

預算或允許的迭代次數設置為 18，因為在參數定義輸入文件中指定了 18 組參數。單個模擬的運行時間取決於每次迭代中使用的網格大小。

參數研究結果

使用FLOW-3D (x)的數據分析功能和自動圖像生成功能可以進行快速的視覺評估和結果驗證。此外，可以從報告的 .csv 文件中輕鬆訪問每次模擬運行的每個步驟的空氣夾帶值。批量執行用於節省最佳化研究的時間。

校準前

模擬中最後時間步長的夾帶空氣，網格尺寸為 0.01m，k-ω 湍流模型，湍流長度尺度等於 0.005m

校準後

來自模擬的最後時間步長的夾帶空氣，網格尺寸為 0.005m，k-ω 湍流模型和湍流長度比例等於 0.005m。與 0.01m 網相比，2 倍細網的空氣夾帶初始與實驗結果相比更好

參考

1費爾德，斯特凡（2013 年）。堤壩階梯式溢洪道上的空氣-水流特性：均勻、非均勻和匯集階梯式溜槽的曝氣、能量耗散和湍流。博士論文，昆士蘭大學土木工程學院。