Báo cáo nghiên cứu khoa học: Phần mềm River 2D và ứng dụng thực tiễn của nó

Chia sẻ: Huynh Thi Thu Tram | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

136
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

R2D tính toán dựa trên các nguyên tắc vật lí cơ bản của định luật bảo toàn khối lượng và động lượng.Có 3 phương pháp mà sơ đồ của R2D áp dụng phần tử hữu hạn, thể tích hữu hạn và sai phân hữu hạn. Mỗi cái có thuận lợi và bất lợi. Phương pháp thể tích hữu hạn là ổn định và hiệu quả nhất trong khi phần tử hữu hạn lại cho số liệu đại hình một cách linh hoạt nhất

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: Phần mềm River 2D và ứng dụng thực tiễn của nó

LOGO
LOGO BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC PHẦN MỀM RIVER2D VÀ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA NÓ Giảng viên hướng dẫn : GS. Nguyễn Thế Hùng Sinh viên thực hiện : Võ Nguyễn Đức Phước : Huỳnh Thị Thu Trâm
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN  R2D tính toán dựa trên các nguyên tắc vật lí cơ bản của định luật bảo toàn khối lượng và động lượng  Có 3 phương pháp mà sơ đồ của R2D áp dụng: phần tử hữu hạn, thể tích hữu hạn và sai phân hữu hạn. Mỗi cái có thuận lợi và bất lợi. Phương pháp thể tích hữu hạn là ổn định và hiệu quả nhất trong khi phần tử hữu hạn lại cho số liệu địa hình một cách linh hoạt nhất.
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN  R2D yêu cầu số liệu địa hình, hệ số nhám và hệ số nhớt, điều kiện biên và điều kiện ban đầu đưa vào, đó là phải rời rạc hóa địa hình để tìm ra sự thay đổi của dòng chảy.  Điều kiện biên được thiết lập ở tổng lưu lượng dòng đi vào và đưa số liệu cao trình bề mặt nước ở cửa mặt cắt đi ra.  Dòng điều kiện bờ (external boundry) sẽ giảm đi sự ảnh hưởng của các số liệu không chính xác. Điều kiện ban đầu là quan trọng ngay cả trong dòng không ổn định được dùng để đoán trước được nghiệm trong phép lặp
Mô hình toán nước nông hai chiều ngang:  R2D mô hình bằng bài toán nước nông hai chiều, nghĩa là giả thiết vận tốc không chảy theo phương thẳng đứng mà chỉ chảy theo phương ngang  Nguyên lý của mô hình này là sự chuyển đổi từ các đặc điểm toán học ra số học trên máy tính. Bản chất là chuyển phép toán của ta thành đơn giản bao gồm vô số điểm nút để máy tính làm việc với hữu hạn nút và phần tử  Mô hình vật lý của bài toán là dựa vào hai nguyên lý cơ bản là bảo toàn khối lượng và động lượng.
Mô hình toán nước nông hai chiều ngang: Mô hình vật lí  Bảo toàn khối lượng: với một phần tử nhỏ thì ∂ H ∂ qx ∂ q y + + =0 ∂t ∂x ∂y  Phát biểu: lượng nước có trong phần tử bằng tổng lượng vào trừ lượng đi ra.
Mô hình toán nước nông hai chiều ngang:  Bảo toàn động lượng Theo phương x: Theo phuơng y: Với H là độ sâu dòng chảy U và V là vận tốc trung bình theo hưóng x và y. qx và qy là lưu luợng nguyên tố theo hướng x và y.
Mô hình toán nước nông hai chiều ngang: Mô hình toán học:  Dùng 3 phương pháp trong bài toán rời rạc bao gồm phần tử hữu hạn, thể tích hữu hạn, sai phân hữu hạn. Bài toán thành lập biến phân và sự rời rạc hóa của phương trình liên tục dẫn đến hệ phương trình tuyến tính trong đó vận tốc và độ sâu tại các nút lưới là ẩn số.  Từ mô hình vật lí ta có thể viết gọn : C(H,U,V)=0; Dùng phép lặp thử dần với các Mx(H,U,V)=0; điều kiện ban đầu My(H,U,V)=0; của H,U,V ta có
Mô hình toán nước nông hai chiều ngang:  Đây là bài toán thử dần đến khi Rc,Rx,Ry tiến về không. Tích phân toàn bộ, bài toán sử dụng phương pháp biến phân Galerkin, hay còn gọi là phương pháp trọng số dư và giải hệ phương trình bằng phương pháp lặp conjugate gradient  Để giải bài toán thì mô hình river2d dùng phương pháp phần tử hữu hạn để giải  Phương pháp phần tử hữu hạn chia miền tính toán thành các phần tử rời rạc và nối với nhau bởi các nút.
Mô hình toán nước nông hai chiều ngang:  Mặt thuận lợi nhất của phương pháp phần tử hữu hạn là linh động về mô tả địa hình. Phần tử có thể thay đổi kích thước và hình dạng dễ dàng, cho phép các biên phức tạp vẫn được tính toán đầy đủ, cũng như cho phép chia nhỏ địa hình ở các vùng thay đổi lớn về vận tốc và chiều cao.
Các sơ đồ giải thuật  Có 2 sơ đồ được dùng để giải bài toán là sơ đồ hiện và sơ đồ ẩn.  Sơ đồ hiện tìm giá trị thời điểm t + Δt dựa vào các nút xung quanh nút đó ở thời điểm t.  Sơ đồ ẩn từ giá trị một nút ở thời điểm t, lập ra mối quan hệ giữa bốn nút xung quanh nó ở thời điểm t+1. sau đó giải bằng phương pháp lặp kết hợp conjugate gradient để tìm ra nghiệm
LOGO MÔ HÌNH RIVER2D CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN
PHẦN MỀM RIVER2D RIVER2D có 4 modull nhỏ, mỗi modull có một nhiệm vụ quan tr ọng khác nhau R2D-BED moodull địa hình 1 1 R2D_ICE (dùng cho sông có băng) 2 R2D_MESH rời rac hóa miền tính toán 3 RIVER2D tính toán dòng chảy 4
RIVER2D_BED R2d_bed.ico R2D_bed là chương trình đo vẽ địa hình, là bước đầu tiên trong quá trình mô hình hóa bằng R2D. Nó có cả bộ công cụ của chương trình, nhưng riêng nó có những tính năng hữu dụng sau Nhập và tinh lọc sữa chữa số liệu sao cho hợp lí nhất 1 2 Mặt định những đường biên, breakline 3 Đưa công trình thiết tế vào để kiểm tra Hiển thị trực quan bằng màu sắc các thông số 4
Thay đổi các đặt trưng vật lí trong R2D_BED  R2D_bed nhận số liệu từ file “*.txt” hoặc từ file “*.bed” có chứa các thông số đặt trưng (tọa độ, độ cao, độ nhám) của từng điểm • Khi nhận số liệu trong bed hiện lên các điểm đã nhập. Nếu số liệu không tốt thì ta có thể sửa chữa thay đổi hay loại bỏ chúng bằng lệnh (edit nodes) • Chúng ta có thể thêm một vài điểm mới bằng lệnh “add nodes”
Thay đổi các đặt trưng vật lí  Đối với độ nhám ngoài vệc thay đổi các giá trị đặt trưng cho từng nút như trên ta còn có thể thay đổi cho cả 1 vùng. Khi nhận thấy kết quả đã hợp lí ta có thể đưa công trình thực tế vào để kiểm tra bằng lệnh “import”
Thiết lập đường biên và Breakline trong BED * Ta có thể thiết lập đường biên trong R2D_bed bằng các lệnh @ define exterior boundary loop: biên ngoài @ define interior boundary loop: biên trong @ clear all boundaries : xóa tất cả đường biên • Breakline được tạo bằng “define new breakline” hoặc dùng công cụ để vẽ đường breakline. Ta cũng có thể xóa các breakline đã vẽ bằng lệnh “deletle breakline segment”
RIVER2D_MESH R2dmesh.ico RIVER2D_MESH là 1 chương trình trong river2d, nhiệm vụ chính của nó là rời rạc hóa vùng tính toán, tạo lưới tam giác và đưa các điều kiện cần thiết để chạy RIVER2D. Đây là khâu quan trọng nhất ảnh hưởng rất lớn đến kết quả tính toán Chương trình R2D_MESH không phải chứa hết toàn bộ dữ liệu, nó không có khả năng cho dữ liệu đưa vào. Kết quả của nó là nội dung của các PTHH, điều kiện chia lưới và đặt điều kiện biên cho lưới ∆ đã chia. Khi đó, nó nhận số liệu đầu vào từ bed file (*.bed và xuất ra file dầu vào của RIVER2D *.cdg )
Mô tả đường biên “boundary”  Ở R2D_BED ta đã vẽ đường biên, nhưng ta cũng có thể lựa chọn vẽ đường biên trong menu” boundary” của R2D_MESH.  Nhưng chỉ trong MESH ta mới có thể thiết lập điều kiện biên cho mô hình dòng chảy * Điều kiện biên được thiết lập trong menu ”boundary” * Điều kiện biên cho cửa vào: là tổng lưu lượng các dòng đi vào đoạn biên và dùng lệnh “set inflow” cho 1 diểm và “set inflow by area” cho 1 vùng.
Mô tả đường biên “boundary” • Điều kiện biên cửa ra: là cao trình mặt nước tại các biên ở cửa ra và được đặt bởi lệnh “set outflow” cho 1 diểm và “set outflow by area” cho 1 vùng. • Ta cũng cõ thể thay đổi vùng đã có điều kiện biên thành không có bằng cách chọn “set no flow” trong boundary menu hay "Set no flow by area" là lệnh áp dụng cho cả vùng. • Việc thiết lập điều kiện biên có thể thực hiện ở bất kì thời điểm nào vì nó là số liệu ít nhất