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PARTRACE

Aus BAWiki

Basisinformationen

Programm-Name

PARTRACE

Version

Oktober 2011

Beschreibung

Oktober 2011

Stichworte

Analyse von Berechnungsergebnissen (2D)
Stochastisches Partikelmodell
Partikelbahn
turbulente Dispersion
Sinkgeschwindigkeit
Driftgeschwindigkeit
Sedimenttransport

Kurzbeschreibung

PARTRACE ist ein Programm zur Simulation der Bewegung von Partikeln mit wählbaren Eigenschaften in einem zeitabhängigen 2D-tiefengemittelten Strömungsfeld, welches zuvor z.B. mit TRIM-2D, TELEMAC-2D oder UNTRIM (zwei-dimensionale, tiefengemittelte Ergebnisse) berechnet wurde. Es ist ein Werkzeug zur Analyse der Bewegung des Wasserkörpers und des Transportes von Sedimenten z.B. in Tidegewässern. PARTRACE benötigt die Strömungsgrößen in Form von Direktzugriffsdateien des Typs dirz.bin.r, dirz.bin.i und dirz.bin. In der Eingabedatei partrace.dat spezifiziert der Benutzer Zahl und Lage der Partikelquellen im Strömungsgebiet, sowie Zahl, Zeitraum des Aussendens von Teilchen und Eigenschaften der Partikel, wie z.B. Massendichte, Durchmesser, Sinkgeschwindigkeit, Diffusionseigenschaften, usw.. Folgende Einflüsse auf die Partikelbewegung sind berüksichtigt:

  • 2D-tiefengemitteltes Geschwindigkeitsfeld
  • Vertikale Konvergenz, bzw. Divergenz der Stromlinien aufgrund der Neigung von Boden und Wasserspiegel
  • Sinkgeschwindigkeit
  • Stochastische Diffusion aufgrund von Turbulenz und Dispersion infolge Tiefenmittelung des Geschwindigkeitsfeldes
  • Konstante Driftgeschwindigkeit an der Wasseroberfläche

Am Ende der Simulation wird die zeitliche Abfolge der Ortskoordinaten der Teilchen in die Datei insel.dat geschrieben und kann danach z.B. mit dem Visulisierungsprogramm HVIEW2D als Partikelbahnen im Strömungsgebiet dargestellt werden.

Eingabe-Dateien

  1. allgemeine Eingabedaten (Dateityp partrace.dat)
  2. Gitternetz mit Modelltopographie (Dateityp gitter05.dat/bin oder untrim_grid.dat)
  3. Kantenverzeichnis des Dreiecksgittersnetzes (Datei des Typs fkvz.bin)
  4. Nachbarelementverzeichnis des Dreiecksgittersnetzes (Datei des Typs fkez.bin)
  5. synoptische Berechnungsergebnisse (Dateien des Typs dirz.bin.r, dirz.bin.i und dirz.bin)
  6. (optional) Startposition von Partikeln, z.B. aus einem vorhergehenden Programmlauf (Datei ftn41 auf HP, bzw. fort.41 auf SGI)

Ausgabe-Dateien

  1. Partikelbahnen (Dateityp insel.dat)
  2. Für die ersten vier Partikel als Ascii-Dateien:
    • z-Koordinaten des Partikels, des Bodens und der freien Oberfläche, letztere am Ort des Teilchens als Funktion der Zeit (Dateien ftn21, ftn22, ftn23, ftn24 auf HP , bzw.
    fort.21, ... auf SGI)
    • die drei Geschwindigkeitskomponenten des Partikels als Funktion der Zeit (Dateien ftn31, ftn32, ftn33, ftn34, auf HP, bzw. fort.31, ... auf SGI)
  3. Druckerdatei mit Informationen zum Programmablauf (Dateityp partrace.sdr)
  4. (optional) Datei mit Testausgaben (Dateityp partrace.trc)

Methode

Um den Einfluss des tiefengemittelten Geschwindigkeitsfeldes zu erfassen, werden deren Komponenten U und V an den Knoten der Dreieckszelle, in der sich ein Teilchen gerade befindet, jeweils zu Zeiten vor und nach der aktuellen Simulationszeit verfügbar gemacht. Diese Werte werden linear auf die aktuelle Simulationszeit sowie bilinear auf den Teilchenort interpoliert. Die Bewegung des Partikels in den drei Raumrichtungen wird durch drei gewöhnliche gekoppelte Differentialgleichungen in der Zeit beschrieben, in denen die interpolierten Strömungsgeschwindigkeiten, sowie Terme, die die übrigen genannten Effekte charakterisieren, auftreten. Das Differentialgleichungssystem wird mit einem Standard-Runge-Kuttaverfahren (siehe Numerical Recipes) schrittweise gelöst. Daraus ergibt sich schließlich die Bahn des Partikels im Strömungsgebiet.

Nähere Informationen zu PARTRACE finden sich unter der Seite "Das Mathematische Verfahren PARTRACE". Eine umfassende Dokumentation seiner physikalischen Grundlagen und seiner Anwendungsmöglichkeiten sind der Programmbeschreibung des Partikelverfahrens PARTRACE zu entnehmen.

Vorlauf-Programme

DATACONVERT, TELEMAC2D, TR2DIDA, TM2DIDA, UNTRIM

Nachlauf-Programme

HVIEW2D, davit, xmgr

Weitere Informationen

Programmiersprache

Fortran 95, teilw. C

zusätzliche Software

-

Originalversion

F. Bergemann

Programmpflege

H. Weilbeer, G. Seiß

Dokumentation/Literatur

siehe $PROGHOME/examples/partrace/

Download der Programmbeschreibung als PDF-Datei partrace.pdf


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