Mathematisches Verfahren UNTRIM2
Aus BAWiki
Kurzbeschreibung
Das mathematische Verfahren UNTRIM2 ist eng mit den Verfahren UNTRIM und UNTRIM2007 verwandt. UNTRIM2 ist ein semi-implizites Finite-Differenzen (-Volumen) Verfahren zur numerischen Lösung der dreidimensionalen Flachwassergleichungen sowie der dreidimensionalen Transportgleichung für Salz, Wärme, Schwebstoffe sowie suspendierte Sedimente. Als wesentliche Neuerung gegenüber den klassischen UNTRIM-Verfahren kann die Bathymetrie des Modellgebietes mit Hilfe der SubGrid-Technologie wesentlich genauer als bisher, und unabhängig von der Auflösung des Berechnungsgitters, wiedergegeben werden.
SubGrid-Technologie
Text fehlt noch.
Physikalische Prozesse
- 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)
- Wärmeaustausch mit der Atmosphäre und der Gewässersohle (bei Wärmetransport)
- Quellen und Senken
- Senken mit unmittelbarer Wiedereinleitung an einem anderen Ort, mit der Möglichkeit zur Abwandlung z.B. der Einleitungstemperatur sowie des Einleitungssalzgehalts gegenüber den entsprechenden Entnahmewerten.
Berechnungsergebnisse
- Wasserspiegelauslenkung der freien Oberfläche
- Strömungsgeschwindigkeit
- Tracerkonzentration (z.B. Salzgehalt, Temperatur, Schwebstoffgehalt)
- hydrodynamischer Druck
Anmerkung: Bei zwei-dimensionaler Modellrechnung entsprechen die Ergebnisse den über die Wassertiefe gemittelten Werten.
Veröffentlichungen
- Casulli, V. (2008), A high-resolution wetting and drying algorithm for free-surface hydrodynamics, International Journal for Numerical Methods in Fluids, Volume 60, Issue 4, pages 391 - 408. See abstract.
- Casulli, V. and Stelling, G. S. (2010), Semi-implicit sub grid modelling of three-dimensional free-surface flows, International Journal for Numerical Methods in Fluids, online available, advance of print. See abstract.
Validierungsdokument
Derzeit nicht verfügbar.
Benutzer-Schnittstellen-Beschreibung
Dieses Dokument enthält eine detaillierte Beschreibung aller dem Anwender des Simulationsverfahrens zur Verfügung stehenden Schnittstellen-Funktionen. Folgende Schnittstellen-Themen werden behandelt:
- Setzen von Daten (set-interfaces),
- Holen von Daten (get-interfaces),
- Testen des Gitters und der Genauigkeit der iterativ berechneten Lösung (check-routines),
- vom Berechnungskern gerufene externe Routinen (user-interface-routines) zum,
- Definieren der Namen der Dateien mit den Standard-Eingabedaten, zum
- Setzen des Anfangszustands, zum
- Setzen der Randwerte für jeden Berechnungszeitschritt, und zum
- Holen der Berechnungsergebnisse.
- tabellarische Aufzählung aller SET- und GET-Schnittstellen,
- Beispiele zu den Dateien mit den Standard-Eingabedaten.
Die PDF-Version der englischen Dokument-Fassung kann frei heruntergeladen werden:
- (ca. 1.41 MB) UNTRIM2 (version August 2009) user interface description (in Englisch)
MPI-Parallelisierung
Derzeit nicht realisiert.
BAW-spezifische Informationen
Gitternetzgenerierung
Für das Erzeugen des von UNTRIM2 benötigten unstrukturierten orthogonalen Gitters mit SubGrid-Bathymetrie wird der Gitternetz-Generator JANET eingesetzt, eine Entwicklung der Firma SmileConsult. Weitere Informationen zur Einbindung von JANET bei der BAW finden sich auf dem entsprechenden JANET-Programmkennblatt.
Simulation
Das mathematische Verfahren UNTRIM2 ist derzeit nur unvollständig in die Softwareumgebung der BAW eingebunden. Weitere Detailinformationen finden sich auf dem UNTRIM2-Programmkennblatt.
Grafische Darstellung der Berechnungsergebnisse
Für die grafische Darstellung der von UNTRIM2 erzeugten Ergebnisse stehen mehrere Methoden bereit. Zu den wichtigsten zählen,
- SGHVIEW2D, für flächenhaft vorliegende Daten,
- VVIEW2D und/oder LQ2PRO, für auf Quer- und Längsschnitten vorliegende Daten, sowie
- GVIEW2D, für an Einzelpositionen vorliegende Daten.
Analyse der Berechnungsergebnisse
Für eine Analyse der Berechnungsergebnisse stehen verschiedene Methoden für unterschiedlichste Fragestellungen bereit.
Kopplung mit weiteren Sub-Modellen
Derzeit nicht realisiert.
zurück zu Modellverfahren für den Küstenbereich und Ästuare