Mathematisches Verfahren UNTRIM2

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

1. 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.
2. 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.

Vorträge

• UNTRIM² (sub grid) at BAW Hamburg, Vortragsfolien vom 11. November 2010, ca. 15 MB.

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:

1. Setzen von Daten (set-interfaces),
2. Holen von Daten (get-interfaces),
3. Testen des Gitters und der Genauigkeit der iterativ berechneten Lösung (check-routines),
4. vom Berechnungskern gerufene externe Routinen (user-interface-routines) zum,
   1. Definieren der Namen der Dateien mit den Standard-Eingabedaten, zum
   2. Setzen des Anfangszustands, zum
   3. Setzen der Randwerte für jeden Berechnungszeitschritt, und zum
   4. Holen der Berechnungsergebnisse.
5. tabellarische Aufzählung aller SET- und GET-Schnittstellen,
6. 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.

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Strukturübersicht