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UNTRIM

Aus BAWiki

Basisinformationen

Programm-Name

UNTRIM

Version

2.x / April 2005

Beschreibung

November 2013

Stichworte

numerische Simulation
Finite Differenzen
Finite Volumen
unstrukturiertes orthogonales Gitter
zwei-dimensional, drei-dimensional
instationär, nichtlinear
hydrostatisch, nicht-hydrostatisch
reynoldsgemittelte Navier-Stokes-Gleichung (RANS)
Tidedynamik (lange Wellen)
Seegang (kurze Wellen, Seegangs-Spektrum)
Transport konservativer Tracer (Salz, Temperatur, Schwebstoff)
mathematisches Verfahren UNTRIM
morphodynamisches Sub-Modell SediMorph
portable SMP-Programmierung mit OpenMP

Kurzbeschreibung

Methode

Das auf der Methode der Finiten Differenzen / Finite Volumen basierende zwei- und drei-dimensionale mathematische Verfahren UNTRIM dient der Simulation stationärer und instationärer Strömungs- und Transportprozesse in Gewässern mit freier Wasseroberfläche. Im Gegensatz zu klassischen Finite Differenzen Verfahren arbeitet UNTRIM auf einem unstrukturierten orthogonalen Gitter.

Physikalische Prozesse

Die folgenden physikalischen Prozesse werden von UNTRIM derzeit berücksichtigt:

  • reynoldsgemittelte Navier-Stokes-Gleichung (RANS)
    • lokale Beschleunigung (Massenträgheit)
    • advektive Beschleunigung
    • Coriolisbeschleunigung
    • barotroper Druckgradient
    • barokliner Druckgradient
    • hydrostatische oder nicht-hydrostatische Druckverteilung
    • horizontale turbulente Viskosität (lokal isotrop, zeit- und ortsvariabel)
    • turbulente Viskosität in Vertikalrichtung unter Berücksichtigung der vertikalen Dichteschichtung
    • Bodenreibung
    • Impulseintrag durch den Wind
    • Quellen und Senken
    • horizontale seegangsinduzierte Beschleunigung (durch Radiation Stress)
  • Transport konservativer Tracer
    • lokale Veränderung
    • advektiver Transport durch die Strömung
    • optionaler flux limiter : Minmod, van Leer oder Superbee
    • horizontale turbulente Diffusivität (lokal isotrop, zeit- und ortsvariabel)
    • turbulente Diffusivität in Vertikalrichtung unter Berücksichtigung der vertikalen Dichteschichtung
    • Sinkgeschwindigkeit, Deposition und Erosion (bei Schwebstoffen)
    • Quellen und Senken
    • Senken mit unmittelbarer Wiedereinleitung an einem anderen Ort, mit der Möglichkeit zur Abwandlung der Einleitungstemperatur sowie des Einleitungssalzgehalts gegenüber den entsprechenden Entnahmewerten.

Berechnungsergebnisse

  • Wasserspiegelauslenkung der freien Oberfläche
  • Strömungsgeschwindigkeit
  • Tracerkonzentration (z.B. Salzgehalt, Temperatur, Schwebstoffgehalt)
  • vertikale turbulente Wirbelviskosität
  • hydrodynamischer Druck
  • Dichte des Wassers

Wird eine drei-dimensionale Modellrechnung durchgeführt, so können zusätzlich auch die über die Wassertiefe gemittelten Größen berechnet werden.

Validierungsdokument

Die PDF-Version der englischen Dokument-Fassung kann frei heruntergeladen werden.

weitere physikalische Sub-Modelle

Das mathematische Verfahren UNTRIM ist mit den folgenden (unabhängigen) physikalischen Sub-Modellen gekoppelt:

  1. morphodynamisches Berechnungspaket SediMorph: für Details siehe sedimorph.dat.
  2. spektrales Seegangsmodell k-Modell: siehe k_model.dat

Eingabe-Dateien

  1. Haupt-Eingabesteuerdaten (Dateityp untrim_main.dat).
  2. Hydrodynamik und Salztransport (Dateityp untrim_hyd.dat);
  3. Atmosphäre (Dateityp untrim_atm.dat);
  4. Bedload-Transport (Dateityp untrim_bed.dat);
  5. Zustandsgleichung (Dateityp untrim_eqs.dat);
  6. Morphodynamische Entwicklung (Dateityp untrim_mor.dat);
  7. Suspensiver Sedimenttransport (Dateityp untrim_sus.dat);
  8. Seegang (Dateityp untrim_wav.dat).

Hinweis: darüber hinaus benötigte Eingabedateien sind auf den Kennblättern der vorgenannten Dateien zu finden.

Ausgabe-Dateien

Anzahl und Art geschriebenen Ergebnisdateien hängt maßgeblich von den in den einzelnen physikalischen Submodellen getroffenen Vereinbarungen ab. Typischerweise werden die folgenden Dateitypen erzeugt:

  1. Datei mit einem für die Simulation geeignet modifizierten Gitternetz (Datei des Typs untrim_grid.dat);
    Hinweis: Diese (modifizierte) Systemdatei muss beim Postprocessing der für das Gesamtgebiet erzeugten Berechnungsergebnisse verwendet werden.
  2. (optional) Datei mit einer für die Simulation geeignet modifizierten Profil-Topographie (Datei des Typs profil05.bin);
    Hinweis: Diese (modifizierte) Profiltopographie muss beim Postprocessing der entlang von Profilen erzeugten Berechnungsergebnisse verwendet werden.
  3. (optional) Systemdatei mit besonderen Positionen (Datei des Typs location_grid.dat);
    Hinweis: Diese Systemdatei muss beim Postprocessing der an besonderen Positionen ausgegebenen Berechnungsergebnisse verwendet werden.
  4. (optional) Berechnungsergebnisse für das Gesamtgebiet, an besonderen Positionen oder entlang von Profilen (Dateien des Typs dirz.bin.r, dirz.bin.i und dirz.bin);
  5. (optional) Restart-Dateien, die für eine spätere Fortsetzung der Simulationsrechnung erforderlich sind (Dateien des Typs dirz.bin.r, dirz.bin.i und dirz.bin);
  6. (optional) Druckerdatei mit Informationen zum Programmablauf (Dateityp untrim_main.sdr);
  7. (optional) Datei mit Testausgaben (Dateityp untrim_main.trc).
  8. Message-Datei (Dateityp untrim.msg); Teile des Inhalts dieser Datei können mit dem UNTRIMMONITOR visualisiert und ausgewertet werden.

Methode

siehe Dokumentation/Literatur.

Vorlauf-Programme

GRIDCONVERT, GVIEW2D, JANET, RSMERGE, TICLQ2, TOUTR, UTRRND

Nachlauf-Programme

ABDF, ADCP2PROFILE, DIDAMERGE, DIDAMINTQ, DIDAMINTZ, DIDARENAME, DIDASPLIT, ENERF, GRIDCONVERT, GVIEW2D, HVIEW2D, IO_VOLUME, LQ2PRO, PARTRACE, PGCALC, PLOTPROFILZEIT, PLOTTS, QUICKPLOT, RSMERGE, TIMESHIFT, UNK, UNS, UNTRIMMONITOR, VTDK, VVIEW2D, XTRDATA, XTRLQ2, ZEITR

Weitere Informationen

Programmiersprache

Fortran90

zusätzliche Software

-

Originalversion

V. Casulli

Programmpflege

E. Rudolph, H. Weilbeer

Dokumentation/Literatur


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