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

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  Phát biểu: lượng nước có trong phần tử bằng tổng lượng vào trừ lượng đi ra. 0 = ∂ ∂ + ∂ ∂ + ∂ ∂ y q x q t H y x 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; M x (H,U,V)=0; M y (H,U,V)=0; Dùng phép lặp thử dần với các điều kiện ban đầu 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. [...]... segment” RIVER2 D_MESH R2dmesh.ico RIVER2 D_MESH là 1 chương trình trong river2 d, 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 RIVER2 D 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,... nhiệm vụ quan trọng khác nhau 1 1 R2D-BED moodull địa hình 2 R2D_ICE (dùng cho sông có băng) 3 R2D_MESH rời rac hóa miền tính toán 4 RIVER2 D tính toán dòng chảy RIVER2 D_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 1 Nhập và tinh lọc sữa chữa số liệu sao... trên RIVER2 D R2D_bed •Nhập số liệu đầu vào (địa hình độ nhám) •Thay đổi các đại lượng đặt trưng cho hợp lí •Vẽ các đường biên, đường breakline R2D_MESH •Thiết lập điều kiện biên, breakline •Rời rạc hóa biên, thêm, xóa, di chuyển điểm, và tam giác hóa mesh •Hiệu chỉnh làm đều mesh •Lưu dữ liệu mesh sang river2 d river2 D steady •Chạy dòng ổn định xác định các tông số của sông (vận tốc, độ sâu) •Dựa vào... 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 RIVER2 D *.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... 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 RIVER2 D CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN PHẦN MỀM RIVER2 D RIVER2 D có 4 modull nhỏ, mỗi modull... dạng là “save as mesh” hoặc “save as river2 D input file”  “save as mesh” Trong bất cứ giai đoạn nào thì mesh cần luôn luôn lưu trữ ở dạng *.msh bằng lệnh save, nó sẽ lưu lại điểm, biên, breakline, dùng để lưu trong suốt quá trình làm tiếp theo của ta  “save as river 2D input file” sẽ lưu dữ liệu trong river2 D có đuôi là *.cdg khi nó đã có đầy đủ dữ liệu để chạy Và chương trình sẽ yêu cầu nhập điều... đổi lưu lượng và được lưu trong file *.cdg  Để thay đổi điều kiện biên ta chọn “edit flow boundary…” trong menu “flow” Với cửa vào đã xác định (inflow) ta chọn “time varying discharge” và chỉ đường dẫn đến file *.bcq tương ứng với cửa vào đó Với cửa ra (outflow) ta chọn “time varying elevation” và chỉ đường dẫn đến file *.bch của cửa ra Thay đổi điều kiện biên Đặt trưng của biên Vùng cửa vào Nhập file... xuất ra số liệu Chỉnh sửa mesh trên River2 D  Sau khi chạy mô hình dòng chảy ổn định ta sẽ biết được vùng nào cần phải hiệu chỉnh lại lưới tam giác  Các thao tác chỉnh sửa mesh được thực hiện trong menu “mesh edit” Để thực hiện được việc này trước hết ta phải mở file bed của nó (load bed file) và sử dụng các lệnh, công cụ tương đương (thêm, bớt, tam giác hóa… trong R2D_mesh để hiệu chỉnh mesh sao cho... chương trình sẽ yêu cầu nhập điều kiện vận tốc ban đầu giả định (chọn bằng 0) Modul RIVER2 D  Thay đổi điều kiên biên bằng tay  Dùng chương trình river2 D để giải bài toán tính dòng ổn định  Dùng nhiều lựa chọn khác nhau về biễu diễn kết quả ra màn hình để kiểm tra thông tin  Thay đổi lại mô hình mesh trên môi trường river 2D để cải thiện việc tính toán Dòng chảy không ổn định  Chạy dòng không ổn định... 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 . LOGO LOGO BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC PHẦN MỀM RIVER2 D VÀ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA NÓ Giảng viên hướng dẫn : GS. Nguyễn Thế Hùng Sinh viên thực hiện : Võ Nguyễn Đức Phước. segment” RIVER2 D_MESH RIVER2 D_MESH là 1 chương trình trong river2 d, 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 RIVER2 D. Đây. 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 RIVER2 D CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN PHẦN MỀM RIVER2 D R2D-BED moodull địa hình1 R2D_ICE