1.功能介绍

试验简介：本产品基于第三代波浪模型改良而来，可高效模拟地形、风场、水流等复杂因素影响下的波浪场，可进行海域级海浪谱演变预报，为船舶与海洋平台设计、作业提供海浪参数。融合了计算网格智能生成和参数设置专家智慧，操作简单易用，满足实际海域海洋环境的后报及预报需求。

主要功能有：
    1.可进行全球或局部海域风浪生成、发展和消亡过程预报。
    2.可进行不同海域不同重现期海浪的预报分析。
    3.可进行极端风况下海浪的预报和后报分析。
    4.可进行地形、风场、水流等复杂因素影响下波浪场的模拟。
    5.可为实际海洋工程设计、作业等提供海浪参数。
    6.可提供实时风浪预报分析的专家智慧，操作简单易用。

2.产品特色

1.GUI图形界面，简单易用。用户只需要输入：目标海域范围+指定风场。
    2.集成全球海洋水深地形数据库。
    3.集成全球近半世纪风场数据库。
    4.可自动从后台调取研究区域地形、历史风场数据库。
    6.可提供目标海域的波浪方向谱。
    7.可动态展示虚拟试验结果。
    8.虚拟试验报告自动生成。
    9.可以模拟地形、水流等引起的波浪折射。
    10.可以模拟岛礁周边的波浪绕射。
    11.可以模拟海浪破碎、底摩阻等引起的能量耗散。
    12.可以模拟海浪非线性作用。

3.运行环境和效率

本软件计算效率高，在当前主流PC机上即可运行；Windows操作系统，内存8G，主流硬盘配置。通过网络在高性能计算集群上也可运行；Windows操作系统，采用虚拟化技术，动态分配资源，满足计算所需。

4.试验精度

测试结果与浮标实测值相对误差在15%以内。

（一）案例一 台风启德

  1.1 案例名称

案例试验- 台风启德

  1.2 案例描述

利用此虚拟系统模拟2012年第13号台风启德引起的台风浪。输入台风各项参数，进行台风的生成、演化模拟。

  1.3 性能比对

在进行本类试验时，国际上目前比较流行的模型是由荷兰代尔夫特理工大学开发的SWAN软件，本软件也采用了与SWAN类似的计算方法，经过实验结果的比对，发现本软件计算效率优于其他国际软件且操作简便，计算精度也都符合工程实际需要。

  1.4 工业应用

本虚拟实验经过大连海洋大学、海军研究院海防所港工室、中海油研究总院等多方的测评，反映良好。

  1.5 案例视频

（二） 案例二 台风灿鸿

  1.1 案例名称

案例试验- 台风灿鸿

  1.2 案例描述

利用此虚拟系统模拟2015年第9号台风启德引起的台风浪。

  1.3 性能比对

进行本类试验时，国际上目前比较流行的模型是由荷兰代尔夫特理工大学开发的SWAN软件，本软件也采用了与SWAN类似的计算方法，经过实验结果的比对，发现本软件计算效率优于其他国际软件且操作简便，计算精度也都符合工程实际需要。

  1.4 工业应用

本虚拟实验经过大连海洋大学、海军研究院海防所港工室、中海油研究总院等多方的测评，反映良好。

用户登录中国数值水池虚拟试验系统后，可完成系统提供的各类虚拟试验。虽然试验在参数、求解器、计算结果等方面区别很大，但总体上来说操作过程基本相同，主要由四个部分组成：1试验创建；2参数录入（前处理）；3计算求解；4结果展示（后处理）。下面以“大尺度海洋环境”为例进行详细介绍。

登录系统后，点击页面左侧导航栏中的“大尺度海洋环境”，从而进入该试验的管理页面。如下图所示，该页面有关于大尺度海洋环境虚拟实验系统的主要功能介绍，以及该虚拟试验的相关特色，其下为“我的试验”。

“我的试验”中给出用户做过的试验列表，该列表以时间顺序排序，可以在看到用户做的每一个虚拟试验的概要信息，如试验名称、编号、描述、创建时间、修改时间等内容，用户可在这里对试验进行创建核删除操作。

页面的右侧是大尺度海洋环境的“样例试验”，如下图所示。样例试验是系统提供的已经完成的典型试验，对系统中的所有注册用户开放，可给用户提供一定的参考，从而更好地完成自己的虚拟试验。

点击“样例试验”后，则进入样例试验的详情界面，可以看到样例试验的参数设置、求解器的执行信息及试验的结果。这里，用户可以查看样例的所有信息，但不可以修改。

1.试验创建

系统提供了两种创建虚拟试验的方法，第一种是通过某个虚拟试验为范本来创建虚拟试验。如下图所示，点开某个虚拟试验的详情页面，在这个页面的右侧用红色字体标出的字样“以此创建试验”，则弹出创建新试验的对话框，输入适当的试验名称、编号及描述，点击确定即可完成新试验的创建。

如下图所示，新试验创建后桨自动跳转到该试验的详情页面，可见通过这种方式创建的新试验是样例试验的一个拷贝，其参数与样例试验相同，用户只需按实际情况修改部分参数即可。因此，可将当前虚拟试验看成试验模板，起到初始化设定新试验参数的作用，系统推荐通过这样的方式来创建新的虚拟试验。

第二种创建新试验的方法是创建一个空白试验。如下图所示，通过点击“大尺度海洋环境”中虚拟试验列表上方的“新建”按钮，同样会弹出对话框如下图。填入相应的信息，然后点击确定，即可创建一个新的空白试验。.2所示。

如下图所示，新空白试验创建后，同样会自动跳转到该虚拟试验的详情页面。可见通过该方法创建的所有虚拟试验都是空白，需要用户手动输入所有的必填参数，方可进行计算，该方法适用于有一定经验的用户。

2. 参数录入

当一个新的虚拟试验创建口，用户需要对其参数进行适当的录入或修改，为确保结果的准确，请确认所录入的参数符合实际情况。一个虚拟试验可大致分为文件型参数、单数值型参数、表格型参数几种类型，下面以“大尺度海洋环境”为例，介绍一下各种类型参数的录入方式。

2.1 计算网格设置

在“计算网格”标签中，分别点击“空间计算网格”、“方向计算网格”、“频率计算网格”小标签下方的“修改”按钮，可进入如下图所示页面，可以进行计算网格的设置。

2.2 输入设置

点击“输入”小标签下方的“修改”按钮，可进入如下图所示页面，可以输入参数进行设置，以下所有参数都需要用户手动输入。

2.3 边界条件设置

点击“边界条件”小标签下方的“修改”按钮，可进入如下图所示页面，可以对边界条件等参数进行设置，一般条件下此项设置用户可不做考虑，除非是要进行嵌套计算的情况下。以下所有参数都需要用户手动输入。

2.4 边界条件设置

点击“输出”小标签下方的“修改”按钮，可进入如下图所示页面，可以对输出参数进行设置。

3. 计算求解

全部参数正确设置后，可启动求解器进行计算。如下图所示红色方框内，求解器的启动及计算状态展示在整个页面的右上方。

如下图所示，点击“启动计算”按钮，会弹出启动确认对话框，点击确定按钮即可启动计算。

如果用户录入的参数不符合计算条件时，计算将无法启动，并会弹出对话框进行提示，请用户按照提示的要求来填写相关的参数，以确保试验能够正确，顺利的进行。

4 结果展示

当求解器执行结束后，可切换到“试验结果”标签对应的页面来看本次虚拟试验的结果。

波浪是船舶和海洋平台等海工装备所承受的最主要荷载，是海工装备设计过程中重要的输入参数。为了对实船虚拟实验提供真实海浪环境，需要超越物理水池，对真实海洋中大尺度海洋环境波浪场进行模拟。

本虚拟实验基于球坐标系下的动谱平衡方程，算法高效。动谱平衡方程，是根据能量守恒理论，通过在方程中引入源项，并综合考虑各种复杂的物理过程，使得该方程模型能广泛应用于较大范围海域的风浪成长演变的虚拟实验。在动谱平衡方程中，以不规则波的方向谱形式来表示随机波浪，从而使得对海浪的描述更加接近于真实海岸。同时，它合理的考虑了底摩阻、波浪折射、波浪破碎、风能输入、以及非线性波-波相互作用等物理过程，所以能够比较准确模拟潮流、风场等复杂条件下的风浪场。

在大尺度虚拟试验水池中考虑实际海域中波浪的运动，建立了符合实际地形的球坐标系。计算网格在三个方向上进行求解，分别在空间计算网格（x,y），方向计算网格ϭ，频率计算网格θ上运用有限差分方法进行数值处理。实际海域中波浪能量分别在这三个方向上进行传播。处理的过程中首先对没有源项的波的传播的数值处理做出描述，之后再对源项进行处理。模型在时间和空间上采用隐式迎风差分格式，谱空间上采用中心差分格式，同时保证了模型的计算效率和精度，使得大尺度虚拟实验系统能满足海域级风浪长时间的模拟和预报。