III) Quá trình rời rạc hóa trên R2D_Mesh:
4.1.Tạo điều kiện biên:
4. Sử dụng Modul thủy động lực học River 2D:
4.1.Tạo điều kiện biên:
Trước khi chạy, ta phải đặt điều kiện biên cho dòng chảy ta muốn tính cho định dạng ổn định, điều kiện biên có giá trị điển hình ở Q không đổi ở dòng chảy vào và bề mặt nước có cao trình cố định ở dòng ra.
Ở River 2D, dòng vào và ra có điều kiện biên cùng tên chung là "biên dòng chảy". Chúng được gọi biên dòng chảy để phân biệt với biên mà không có dòng chảy. Dòng vào và ra được thiết lập ở Mesh trước trong ví dụ fort.cdg. Vì thế ta file này để biết cách tạo biên dòng chảy như thế nào.
1. Chọn flow > Edit flow boundary.
2. Dùng chuột, chọn biên đi vào, nó sẽ mở ra hộp thoại "edit boundary(biên dòng chảy)" và thấy:
Thông tin dùng để mô tả biên dòng chảy bao gồm: 1 điểm bắt đầu, 1 điểm kết thúc, 1 dạng biên dòng chảy và thông tin liên quan đến biên (tổng lượng chảy vào biên). Biên dòng chảy luôn định nghĩa đi quanh biên với cách tính theo chiều đồng hồ. Ở đó biên dòng chảy trên biên ngoài được đặt ngược chiều còn biên trong được đăt cùng chiều.
Phần đầu tiên của hộp thoại được sử dụng để xác định biên dòng chảy. Nếu ta muốn dịch chuyển hay định dạng lại biên dòng chảy này, ta sẽ cần thay đổi điểm đầu và điểm kết thúc. Cách dễ nhất quy định điểm là đưa vào tên gọi của điểm. Nó được hình thành bởi việc chọn Display>Node>numbers.
Phần còn lại là dùng để đưa điều kiện biên vào: dòng vào, dòng ra, không có nước chảy vào hoặc ra (no flow). Tuy nhiên, chọn điều kiện noflow sẽ gây ra biên dòng chảy di chuyển. River2D chỉ lưu trữ điều kiện biện của dòng chảy. Những biên khác không liên quan đến biên dòng chảy (inflow, outflow) thì được mặc định là biên noflow. Điều kiện biên vào có thể thiết lập bằng cách dùng lưu lượng đi vào. Lựa chọn này cũng dùng trong triansient.
3. Vì vậy, trong phần này, điều kiện biên là lưu lượng dòng đi vào. 4. Giá trị này đặt bằng giá trị tính toán
5. ok
6. Chọn outflow boundary (biên màu xanh dương) Hộp thoai edit flow boundary dialog xuất hiện.
Hộp thoại nhấn mạnh là biên dòng chảy ra là cao trình mặt nước là
199.2m. Có 3 lựa chọn để đặt cho biên cuối dòng, một là tài liệu thủy văn về thời gian thay đổi mực nước (time vary discharge), mực nước của lưu lượng thay đổi(rating curve), quan hệ đường lưu lượng với độ sâu (depth unit discharge). Trong 4 lựa chọn đó, 3 cái đầu tiên sẽ dùng một mực nước của biên ngoài. Trong vài trường hợp thì số liệu sẽ khó hội tụ khi cùng cao trình vượt quá mực nước của biên dòng chảy ngoài. Khi nó xảy ra, thì lựa chọn thứ tư, là “depth unit discharge” sẽ có thể giúp làm cho hội tụ. trong lựa chọn đó là một dạng đập dọc theo mỗi phần tử biên nằm trong biên chảy ra ngoài. Nó cho phép các nhân tố sẽ tự cá nhân có mối liên hệ nhất định vói dòng chảy trong miền, nó là dạng kết quả điển hình q khi cao trình mực nước h thay đổi thì kéo theo sự thay đổi của dòng lưu lượng chảy ra. Dòng chảy ra được biểu diễn bởi
màu xanh đã trở thành màu vàng khi dùng đến lựa chọn này. Trong dạng dòng chảy ổn định thì cao trình mực nước của dòng đi vào (input estimate of inflow elevation). Tài liệu thủy văn của dòng đi ra là time vary discharge và rating curve được dùng trong quá trình tính dòng chảy không ổn định transient. Như đã giải thích ở trên thì depth unit discharge là một lựa chọn thay thể khi gặp vấn đề có thể sử dụng trong steady và unsteady (transient)
7. Chắc chắn rằng điều kiện biên dòng ngoài có cao trình mặt nước không đổi là 199.2
8. Nhấn 0k.
4.2 Chạy chương trình tính dòng ổn định
Bây giờ ta sẽ học cách chạy 2D hydrodynamic trong river 2D. Bắt đầu mở hộp thoại chạy dòng ổn định như sau:
1. Chọn hydrodynamic/ runsteady flow
Hộp thoại chứa dãy các giá trị.
-“present time”là thời điểm từ lúc đang chạy đến lúc dừng. giá trị này có thể lặp lại trước khi bắt đầu cho chạy các chương trình tiếp theo (ví dụ như chạy chuowng trình dòng không ổn định).
-“final time” là thời gian mà đã tính song sự truyền động ổn định.
-“time increment” là kích cỡ bước thời gian tiến hành. Nó có thể được đặt lúc bắt đầu chạy. nếu nó quá dài, thì chương trình sẽ tự động điều chỉnh đi xuống. trong
suốt quá trình lăp thì thường là khoảng thời gian này tăng lên một cách ổn định. Thỉnh thoảng nó sẽ tăng đột biến và sau đó từ từ tăng. Nếu điều đó xảy ra liên tục thì có thể chương trình đưa điều kiện biên có vấn đề cần xem lại.
-“max time increment” là kích cỡ lớn nhất của bước tăng thời gian “time increment” cho phép. Ta phải cung cấp điều kiện này để chương trình đi về hội tụ.
-“solution change” là sai số tương đối tương đối của giá trị vừa mới thay đổi với giá trị đã thay đổi tính ở lần lặp trước nó. Giá trị này có mối quan hệ với “goal solution change” cái này để chi phối độ tăng thời gian như thế nào.(nghĩa là khi goal solution change quyết định khoảng thay đổi cho phép của lưu lượng ví dụ 0.05 thì bước thời gian tăng lên cũng bị hạn chế nên dẫn đến kết quả lưu lượng đi ra sẽ bị ảnh hưởng là nó không được vượt quá 0.05 để phá vỡ tính ổn định). Khi gíá trị bước tăng thời gian đạt giá trị lớn nhất thì khoảng thay đổi cần phải giảm xuống trong mỗi phép lặp(thể hiên tính hội tụ). khi nó trở nên khá nhỏ(0.00001) thì có thể xem là hội tụ.
-“goal solution change”là được đưa vào để giới hạn cho solution change. Giá trị này được dùng để mong muốn giảm bớt số lần lặp mà vẫn đạt tới tính ổn định. Tuy nhiên , tính không ổn định này sẽ có thể tăng lên tới giới han, dẫn tói đoạn khoảng thời gian phải giảm xuống để lưu lượng dòng ra tăng đều đặn trở lại.
-“log file name” là tên file ghi lại kết quả. Nó ghi lại thời gian, thời gian tăng lên, độ tăng tương đối của lưu lượng dòng ra trong mỗi phếp lặp. nếu phép lặp bị từ chối, nó sẽ thông tin thêm để định vị vị trí gặp vấn đề. File này luôn luôn gắn vào và viết đè lên. Nó có đuôi là .cdg.
-“total inflow” và “total outflow” là biễu diễn cho tổng dòng đi vào và đi ra. Một đặc trưng của dòng ổn định là 2 giá trị này phải bằng nhau. Thực tế thì nó xấp xỉ chứ không bằng nhau. Thay vào đó chúng sẽ khác nhau đôi chút. Quá trình của chương trình dẫn tới sự ổn định có thể được theo dõi bởi hai giá trị này. Chú ý thỉnh thoảng thì tổng dòng ra không bằng dòng vào đã đặt trước ở điều kiện biên. Khi nó xảy ra thì phải đặt lại điều kiện của biên cuối dòng vì có thể xoáy do tuabin làm cho tăng thêm lưu lượng vào.
-“update display every_____time step” được dùng để đặt độ thường xuyên cập nhật kết quả.
Trước khi bấm vào “ run” thì ta sẽ bật lên chế độ theo dõi vận tốc mà thể hiện trên màn hình ở colour fill map. ở đó phổ màu được xác định để phân biệt sự khác nhau của các thông số đặc trưng.(ví dụ đỏ là có giá trị cao nhất và xanh là có giá trị thấp nhất) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.chọn display/ contour
Sau đó xuất hiện
2. Chọn “velocity magnitude” như sau
Chạy chương trình
• Gõ “run”
• Khi giá trị “curent iteration” tăng lên 1, “present time” sẽ đọc ở 0. cho lần lặp đầu tiên thì solution change là 3.5 lần, lớn hơn “goal solution change”. Khi đó giá trị thay đổi thực sự là lớn hơn 1.25 lần sự thay đổi cho phép(goal) nên lần lặp này bị từ chối và bước tăng thời gian sẽ được tính lại( dựa vào khoảng thời gian tăng nhưng không chấp nhận đó và goal solution change) và phép lặp mới được thử lại. trong trường hợp này sẽ thử lặp lại trước khi present time tăng lên. Trong vài trường hợp thì bạn có thể thấy vài lần lặp bị từ chối trước khi có khoảng thời gian đủ nhỏ được tìm ra sẽ cho phép đi tiếp chương trình.
• Với mỗi lần lặp sau lần đầu tiên đó, thì bước thời gian tăng lên sau mỗi lần lặp cho đến khi đạt tới max time increment.
Cần chú ý các thay đổi sau đây:
• sau mỗi lần lặp thì biên của nước sẽ thay đổi trong cửa sổ để cho thấy diễn ra sụ bước tăng lên của thời gian thì nó sẽ thể hiện rất rõ.
• Độ lớn vận tốc sẽ đi từ một màu sang rất nhiều màu.
Sau khi nhấn run, nhìn vào sự thay đổi mô tả trên đây. Nếu để final time là 1000. ta chú ý
Ở đây, ta chú ý rằng khi chạy xong chương trình là nó sẽ hội tụ. có hai điều cần chú ý cho thấy nó chưa hội tụ. đầu tiên khi giá trị solution change trở nên đủ nhỏ, cỡ 0.00001 hoặc nhỏ hơn thì có thể xem là hội tụ. cái thứ hai là tổng dòng ra outflow. Về lí thuyết thì inflow và outflow phải bằng nhau nhưng thực tế nó chỉ đạt tới xấp xỉ, giá trị này sẽ không bao giờ bằng y nhau nhưng sẽ sai khác nhau môt sai phân nhỏ khi đạt đến hội tụ. ở present time thì tổng dòng ra gần bằng hai lần tổng dòng vào.
Ta sẽ đăt hệ số trong hộp run mà để đi về hội tụ. đăt 25000 vào final time và tăng giá trị max time increment box lên 500. và để chương trình chạy lại ta phải dùng lệnh redrawing trong menu Display.