Mathematisches Verfahren TRIM-3D

Kurzbeschreibung

Bei dem mathematischen Verfahren TRIM-3D handelt es sich um ein auf der Methode der Finiten Differenzen basierendes Modell. Im Gegensatz zu dem zweidimensionalen (tiefengemittelten) mathematischen Verfahren TRIM-2D handelt es sich bei TRIM-3D um ein dreidimensionales Verfahren. TRIM-3D löst verschiedene zeitabhängige nichtlineare partielle Differentialgleichungen. Dieses Verfahren wird derzeit zur numerischen Simulation folgender physikalischer Prozesse eingesetzt:

1. Transport der Wassermasse (Prinzip der Massenerhaltung)
2. Transport des Strömungsimpulses (Prinzip der Impulserhaltung)
3. Transport des gelösten Salzes (Prinzip der Erhaltung der im Wasser gelösten Salzmenge)

Das Modell berücksichtigt den hydrodynamischen Druck im Wasserkörper (nicht-hydrostatische Druckverteilung). Optional kann auch die vereinfachende hydrostatische Druckapproximation verwendet werden. Letzteres ist immer dann möglich, wenn in dem simulierten natürlichen System keine nennenswerten Vertikalbeschleunigungen auftreten (im Vergleich mit der Schwerebeschleunigung).

Das mathematische Verfahren TRIM-3D wurde in seiner Grundversion von Herrn Prof. V. Casulli (Universität Trient, Italien) entwickelt. Im Rahmen einer wissenschaftlichen Kooperation wurde dieses Verfahren im Jahre 1996 von der BAW-AK in den alltäglichen Routinebetrieb übernommen und seither erfolgreich für verschiedene Projekte eingesetzt. Mittlerweile konnten Verbesserungen der Programm-Performance auf Multi-Vektorrechnern durch Code-Optimierung erzielt werden.

Zu dem mathematischen Verfahren TRIM-3D existiert noch kein Standard Validierungs Dokument, welches dem Anwender Informationen über das Leistungsvermögen sowie die Leistungsgrenzen des Verfahrens TRIM-3D liefern könnte.

Programme für das Preprocessing

• Erzeugung von Randwerten
• Erzeugung und Bearbeitung von Gitternetzen

Programme für die Simulation

• TR2VOR: Generierung einer kompakt gespeicherten Version der Modelltopographie sowie der eindimensionalen Indexfelder für die Durchführung einer Simulationsrechnung
• TR2LQ2: Generierung einer Profiltopographie zur Ausgabe der Berechnungsergebnisse aus TRIM-3D antlang von Profilen
• TRIM-3D: Durchführung der Simulationsrechnung

Programme für das Postprocessing

• Umwandeln von Berechnungsergebnissen: allgemein verwendbare Postprocessoren zur Datenkonversion.
• Analyse der Berechnungsergebnisse: Tidekennwerte, Langzeitkennwerte, Gezeitenanalyse und vergleichende Analyse.
• Tabellenkalkulation mit Berechnungsergebnissen: Anwenden des Tabellenkalkulationsprogramms MS-Excel (TM) zur Darstellung und weiteren Bearbeitung von Berechnungsergebnissen.

• TR3MODATE: Abwandlung der Datumsangabe in einer Hydrodynamik Ergebnisdatei zur Verwendung als hydrodynamischer Anfangszustand an einem anderen Termin
• TR3KACHEL: Erzeugung von Ausschnittsgebieten; Topographie und Daten werden aus den für das gesamte Simulationsgebiet vorliegenden Berechnungsergebnissen für einen beliebigen Ausschnitt herausgeschnitten.
• GVIEW2D: Darstellung der Zeitreihen an ausgewählten Positionen
• LQ2PRO: Visualisierung von Daten entlang von Profilen
• HVIEW2D: Darstellung der flächenhaften Berechnungs- und Analyseergebnisse an der Oberfläche, an der Sohle oder in einer Tiefenschicht.
• VVIEW2D: Darstellung von CFD-Berechnungs- und Analyseergebnissen in Vertikalschnitten.

Allgemeiner Datenfluss

Graphische Darstellung des Datenflusses im Zusammenhang mit einer Anwendung des Programmes TRIM-3D. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als Encapsulated PostScript Datei erhältlich.

Anwendungsbeispiele

• Tideunabhängige Kennwerte des Salzgehalts in einem Querschnitt in der Außenems.
• Ausbreitung kurzer Wellen in einem Hafenbecken
• Animation von Salzgehalt und Strömungsgeschwindigkeit in der Außenems
• Ein Lagrange-Verfahren 2ter Ordnung zur Large Eddy Simulation
• Sekundärströmung in Kurven, erste Ergebnisse der Untersuchungen im Zusammenhmang mit dem Projekt Minimierung der Unterhaltungsmaßnahmen im Bereich des Blexer Bogens (Unterweser)

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Strukturübersicht