(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111395167.9 (22)申请日 2021.11.23 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114492220 A (43)申请公布日 2022.05.13 (73)专利权人 华北电力大 学 地址 102206 北京市昌平区北农路2号 专利权人 中国华能集团有限公司 　 华能集团技 术创新中心有限公司 (72)发明人 葛铭纬　杨昊泽　许世森　刘永前　 (74)专利代理 机构 北京瀚仁知识产权代理事务 所(普通合伙) 11482 专利代理师 陈敏　屠晓旭 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) 审查员 周飞 (54)发明名称 基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动 特性的预测方法及系统 (57)摘要 本发明涉及计算流体动力学技术领域， 具体 提供一种基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层 流动特性的预测方法及系统， 旨在解决现有海洋 实测数据分析方法存在对海洋大气边界层流动 特性预测困难且预测效率较低的问题。 为此目 的， 本发明的基于OpenFOA M平台的海洋大气边界 层流动特性的预测方法包括： 对建立的三维计算 流域划分网格， 得到三维流域网格； 建立计算流 体力学模型； 设置边界条件和计算参数； 基于建 立的计算流体力学模型以及设置的边界条件和 计算参数， 在三维流域网格上进行流场数值计 算， 得到海 洋大气边界流动特性。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 114492220 B 2022.09.16 CN 114492220 B 1.一种基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测方法， 其特征在于， 包括 下述步骤： 对建立的三维计算 流域划分网格， 得到三维流 域网格； 对建立的三维计算流域划分网格包括： 基于第 一网格间距对所述三维计算流域的流向 和展向划分网格； 基于第二网格间距对所述三维计算流域的垂向划分网格， 所述网格为动 网格， 三维流域的底面网格依照涌浪形状随时间发生变化， 并使所有网格在垂向上同步形 变， 形变规 律满足下述公式： 其中， η(x,y,t)为波高， x、 y分别为流向坐标和展向坐标， t为时间， a为波幅， T为涌浪周 期， λ为波长， θ 为涌浪与流向方向的夹角； 建立计算流体力学模型， 所述计算流体力学模型包括不可压缩纳维斯托克斯方程、 连 续方程以及湍流模型； 设置边界条件和计算 参数； 基于建立的所述计算流体力学模型以及 设置的边界条件和计算参数， 在所述三维流域 网格上进行流场数值计算， 得到海洋大气边界流动特性。 2.根据权利要求1所述的基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测方法， 其特征在于， 所述设置边界条件包括： 三 维计算流域的四周采用周期边界条件， 顶部采用滑 移边界条件， 底部采用垂向速度边界条件和壁应力边界条件， 其中所述壁应力边界条件基 于壁应力模型实现。 3.根据权利要求2所述的基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测方法， 其特征在于， 在所述垂向速度边界条件中， 底面的垂向速度满足下述计算公式： 上式中， w(x,y,t)为底面的垂向速度， x、 y分别为流向坐标和展向坐标， t为时间， a为波 幅， T为涌浪周期， λ为波长， θ 为涌浪与流向方向的夹角。 4.根据权利要求1所述的基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测方法， 其特征在于， 所述海洋大气边界流动特性包括速度分布、 压力分布以及湍流结构 中的至少 一种； 所述预测方法进一步包括： 基于所述海洋大气边界流动特性确定海洋大气边界层的 风速廓线和湍流强度廓线中的至少一种。 5.一种基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测系统， 其特 征在于， 包括： 网格划分模块， 被配置为对建立的三维计算流域划分网格， 得到三维流域网格； 所述网 格划分模块包括： 流域四周网格划分单元， 被配置为基于第 一网格间距对所述三维计算流域的流向和展 向划分网格； 流域垂向网格划分单元， 被配置为基于第 二网格间距对所述三维计算流域的垂向划分 网格,所述网格为动网格， 三 维流域的底面网格依照涌浪形状随时间发生变化， 并使 所有网 格在垂向上同步形变， 形变规 律满足下述公式：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114492220 B 2其中， η(x,y,t)为波高， x、 y分别为流向坐标和展向坐标， t为时间， a为波幅， T为涌浪周 期， λ为波长， θ 为涌浪与流向方向的夹角； 模型构建模块， 被配置为建立计算流体力学模型， 所述计算流体力学模型包括不可压 缩纳维斯 托克斯方程、 连续方程以及湍流模型； 条件及参数设置模块， 被 配置为设置边界条件和计算 参数； 流场计算模块， 被配置为基于建立的所述计算流体力学模型以及 设置的边界条件和计 算参数， 在所述 三维流域网格上进行流场数值计算， 得到海洋大气边界流动特性。 6.根据权利要求5所述的基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测系 统， 其特征在于， 所述条件及参数设置模块包括边界条件设置单元， 所述边界条件设置单元被 配置为设置三维计算流域的四周采用周期边界条件， 顶部采用滑移边界条件， 底部采用垂 向速度边界条件和壁应力边界条件， 其中所述 壁应力边界条件基于壁应力模型实现。 7.一种控制装置， 包括处理器和存储装置， 所述存储装置适于存储多条程序代码， 其特 征在于， 所述程序 代码适于由所述处理器加载并运行以执行权利要求 1至4中任一项 所述的 基于OpenFOAM平台的海洋大气边界层流动特性的预测方法。 8.一种计算机可读存储介质， 其中存储有多条程序代码， 其特征在于， 所述程序代码适 于由处理器加载并运行以执行权利要求1至4中任一项所述的基于OpenFOAM平 台的海洋大 气边界层流动特性的预测方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114492220 B 3