Mô hình số trị ba chiều đóng kín rối k e trong tính toán lan truyền ô nhiễm

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN —OỈ-CD-SO— TÊN Đ Ẻ TẢI MƠ HÌNH SỐ TRỊ BA CHIÈU ĐĨNG KÍN RỐI k-8 TRONG TÍNH TỐN LAN TRUYỀN Ơ NHIẺM MÃ SĨ: QT-07-02 CHỦ TRÍ ĐÈ TÀI: TS TRẦN VÁN c ú c Những ngừô tham gia chính: NCS:LƯU QUANG HƯNG T s TRÀN VÃN TRẢN M , H O C Q U Ô C G IA HÀ N Õ I lí ƯNG TÀÍV THƠNG TIN THƯ VIỀN 1)1 HÀ NỘI, 2007 / TÓM TẮT ĐÈ TÀI 1- Tên đề tài: Mơ hình số trị ba chiểu đóng kín rối k - S tính tốn ỉan trun nhiêm 2- Mã số: QT07- 02 3- Chủ trì đè tài: TS.Trần Văn Cúc 4- Những người tham gia chính: NCS Lưu Quang Hưng ,TS Trần Văn Tràn 5- Mục tiêu nội dung nghiên cứu: - X â y đ ự n g h ệ p h n g trình đ ầ y đủ c h o to n lan tru y ề n c h ấ t tan biên th eo p h n g p h p k h é p kín rối k - £ tro n g hệ to đ ộ sig m a - C h ọ n th u ậ t to n để giải số b i tốn - M p h ỏ n g kểt q u ả tro n g m ộ t số trư n g h ợ p đ n giản 6- Các kết đạt được: - Đ ã thiết lập đ ợ c h ệ p h n g trìn h đầ y đ ủ ch o to án lan tru y ề n c h ấ t tan tro n g biển th e o p h n g p h p kh ép k ín rối k - € t r o n g h ệ t o đ ộ s ig m a - Đ ã c h ọ n đ ợ c th u ậ t to n th íc h h ợ p v đ a c c h giải sổ to n th íc h hợp - C c k ế t q u ả n g h iê n c ứ u đ ợ c th ể h iệ n q u a m ộ t b i b o gửi đ ă n g Tạp chí ĐHQG: “Tính tốn lan truyền ba chiều chất gây nhiêm hồ tan vùng ven biển sử dụng khép kín rối k- £ hệ toạ độ sigma ” - M ộ t luận v ă n thạc s ĩ k h o a học 7- Kinh phí đề tài: a) Đ ợ c cấp: 0 0 0 đ b) Chi tiêu: - T h khốn chun m ơn : - H ộ i ng h ị,h ộ i thảo k h o a họ c : 0 0 0 đ - C h i khác: 0 0 0 đ T ổ n g cộng: 0 0 0 đ KHOA quản Lý chủ trì đè tài (Ký vài ghi rõ họ tên) C f£ 12.0 0 0 đ (Ký ghi rõ họ tên) ]>Xi TRUỜriG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN G SUMMARY 1- Title of the project: Numerical modeling 3D the k - € turbullent closure in calculation o f pollutant dispersion 2- Code of the project: QT07- 02 3- Head of the research group: Tran Van Cue, PhD 4- Participants: Luu Quang Hung, PhD Student;Tran Van Tran, PhD 5- Aims and contents of the project: - E s ta b lin g fulfill simultaneous e q u a tio n for p ro b le m on d isp e rs io n o f solutes in coastal a re a s a c c o rd in g to the k - £ S ig m a c o o rd in a te system tu rb u lle n t clo su re m e th o d in - F in d in g th e a lg o rim th to so lv e n u m e ric a ly for these m ath e m a tic s - S im u la tin g the resu lt in s o m e sim p le cases 6- Obtained result: - E sta b lin g fulfill sim u ta n e o u s e q u a tio n for p ro b le m on d isp e rsio n o f solutes in coastal a reas a c co rd in g to the k - C S ig m a c o o rd in a te system turb u lle n t clo su re m e th o d in - F id in g c o p a tib le a lg o rim th a n d m a k in g n u m e ric a l so lu tio n o f c o p a tib le p ro b le m - T h e result is to b e a p p e a re d in the Jo u rn a l o f V ie tn a m na tio n a l U n iv e rsity , H anoi: " C a c u la tin g the 3D disp e rsio n o f p o llu ta n t solutes in coastal a re a s u sin g k - G tu rb u lle n t clo su re in S ig m a c o o rd in a te s y s te m ” - A scientific mater thesis 7-Financials: a) Receiving: b) Spending: -For research work: -For conferences and seminars: -For other works: Total : 20.000.000d 12.000.000d 3.000.000d 5.000.000d 20.000.000d MỤC LỤC Mở đầu Chương .8 Mơ hình tính lantruyền chất tan ven biển, ba chiều, khép kin rối k -£ hệ toạ dộ sigma 1.1 M ị hình lan truyền chất tan ven biển, ba chiều, khép kín rối k - £ hệ toạ độ D e s c a rte s 1.2 Hệ toạ độ s i g m a 20 1.3 Hệ phương trinh thuỷ động lực ba c h i ề u 25 1.4 Hệ phương trình khép kin r ố i 26 1.5 Hệ phương trình trạng thái, nhiệt độ đ ộ 28 1.6 Phương trình khuếch tán chất tan 29 1.7 Hệ phương trình tích p h â n 29 1.8 Các điều kiện biên cho hệ phương trình b a chiều 1 1.9 Các điều kiện biên cho hệ phương trình tích ph ân 38 Chương 41 Thuật tốn mơ hình số trị ị 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 M hình số trị * 4J Phương pháp s ố 46 Hệ phươ ng trình thuỷ động lực ba c h i ề u 51 Hệ phương trinh khép kín r o i 56 Hệ phương trình trạng thái, nhiệt độ, độ m ặ n 60 Phương trình khuếch tán chất tan 62 Hệ phương trình tích p h n .63 Tiêu chuẩn ổn đ ịn h 66 Chương 68 Mô 68 3.1 3.2 Đ ặt t o n 68 Kết tính t o n 69 Kết luận 80 Tài liệii tham khảo 83 Phụ lục 89 MỞ ĐẦU V ù n g v e n biển n c ta, đặc biệt n h ữ n g n i có c a sông, v ịn h , h n g n g y có m ộ t số lư ợ n g lớn tạp chất đổ biển B ài to án tìm q u y luật p h â n bố tạp c h â t cho n h ữ n g m iề n có ý n g h ĩa t h ự c tiễn,vì th ế có n h iề u c ô n g trình n g h iê n c ứ u to án nà y T ro n g c c h n g tiếp cận để giải to án , h n g n g h iê n c ứ u b ằ n g p h n g ph p m hình h o số trị có n h iề u u hơn, d ự a s to án h ọ c chặt c h ẽ kết qu ả n g h iê n c ứ u có k h ả n ă n g triển khai ứ n g dụn g C h o đ ế n n a y ,m ộ t số tác giả s d ụ n g m ô h ìn h sổ trị sẵn có n c n g o i [4 ], h o ặ c tự x â y d ự n g n h n g sử d ụ n g p h n g p h p sai p h â n n giản [18 ] tro n g v iệc giải to án tìm p h â n bố tạp chất t r o n g chất lỏ n g nói c h u n g v tro n g v ù n g ve n biển nói riêng K h i n g h iê n c ứ u to án trên, n h iề u tác giả đ ã sừ d ụ n g h ệ p h n g trìn h m tả to n tro n g h ệ to độ Đ ề c c N h n g tro n g n h iề u trư n g h ợ p h ệ toạ độ k h ô n g m ô tả đ ợ c th u ậ n lợi, n h ấ t v ù n g có địa hình đáy p h ứ c tạp T r o n g đ ề tài n y ,để k h ắ c p h ụ c n h ợ c đ iể m nói trê n c h ủ n g sử d ụ n g hệ toạ độ s ig m a c h o b a c hiều (3 D ) đầ y đủ, g m m ộ t hệ p h n g trình đ ộ n g lực họ c có tính đế n ảnh h n g cùa gió, m a sát đáy v nh t rối, kết h ợ p đ n g thời vớ i việc giải p h n g trình k h u ế c h tán tạp c h ấ t,p h n g trình trạ n g th i.p h n g trình m ô tả n h iệt k h ố i.p h n g trình m tả n n g độ m uối Đ e tài đ ã tự x â y d ự n g p h ầ n m ề m sờ m ộ t sổ c h n g trình có Chương Mơ hình tính lan truyền chất tan ven biển, ba chiều, khép kín rối k-£ hệ toạ độ sỉgma 1.1 a) Mơ hình lan truyền chất tan ven biển, ba chiều, khép kín rối k -£ trongo hệ• toạ• độ• Descartes Hệ phương trình thuỷ động lực ba chiều Hệ phương trình thuỷ động lực ba chiều bao gồm phương trình liên tục phương trình chuyển động Phương trình liên tục mơ hình có dạng sau với ( " du dv ỠU' ở\ dy ơz (a.l) ) thành phần vận tốc trung bình cùa hạt lịng hệ toạ độ Descartes Phương trình chuyển động lấy trung bình theo Reynolds dư dư dt dx d y du , dư _ ỞP p ỞY dx P ởz d ị duS