Mơ đun thủy lực MIKE 21 FM
Mô đun thủy lực đƣợc phát triển bởi phƣơng pháp lƣới phần tử hữu hạn. Mô đun này đƣợc dựa trên nghiệm số của hệ các phƣơng trình Navier-Stokes cho chất lỏng khơng nén đƣợc 2 hoặc 3 chiều kết hợp với giả thiết Boussinesq và giả thiết về áp suất thuỷ tĩnh. Do đó, mơ đun bao gồm các phƣơng trình: phƣơng trình liên tục, động lƣợng, nhiệt độ, độ muối và mật độ và chúng khép kín bởi sơ đồ khép kín rối. Với trƣờng hợp ba chiều sử dụng hệ toạ độ sigma.
Việc rời rạc hố khơng gian của các phƣơng trình cơ bản đƣợc thực hiện bằng việc sử dụng phƣơng pháp thể tích hữu hạn trung tâm. Miền khơng gian đƣợc rời rạc hoá bằng việc chia nhỏ miền liên tục thành các ô lƣới/phần tử không trùng nhau. Theo phƣơng ngang thì lƣới phi cấu trúc đƣợc sử dụng còn theo phƣơng thẳng đứng trong trƣờng hợp 3 chiều thì sử dụng lƣới có cấu trúc. Trong trƣờng hợp hai chiều các phần tử có thể là phần tử tam giác hoặc tứ giác. Trong trƣờng hợp ba chiều các phần tử có thể là hình lăng trụ tam giác hoặc lăng trụ tứ giác với các phần tử trên mặt có dạng tam giác hoặc tứ giác.
Phƣơng trình cơ bản
Phương trình liên tục
(2.10)
Phương trình động lượng theo phương x và y tương ứng
(2.11) (2.12) Trong đó: t là thời gian; x, y và z là toạ độ Đề các; là dao động mực nƣớc; d là độ sâu; h=+d là độ sâu tổng cộng; u, v và w là thành phần vận tốc theo phƣơng x, y và z; f=2sin là tham số coriolis;
g là gia tốc trọng trƣờng;
là mật độ nƣớc;
pa là áp suất khí quyển;
o là mật độ chuẩn;
S là độ lớn của lƣu lƣợng do các điểm nguồn;
(us,vs) là vận tốc của dịng lƣu lƣợng đi vào miền tính;
Fu, Fv là các số hạng ứng suất theo phƣơng ngang.
Phương trình tải cho nhiệt và muối
(2.13)
(2.14)
trong đó Dv là hệ số khuếch tán rối thẳng đứng; H
là số hạng nguồn do trao đổi nhiệt với khí quyển. Ts và ss là nhiệt độ và độ muối của nguồn; FT và Fs là các số hạng khuếch tán theo phƣơng ngang.
Phương trình tải cho đại lượng vơ hướng
(2.15)
trong đó C là nồng độ của đại lƣợng vơ hƣớng; kp là tốc độ phân huỷ của đại lƣợng đó; Cs là nồng độ của đại lƣợng vơ hƣớng tại điểm nguồn; Dv là hệ số khuếch tán thẳng đứng; và FC là số hạng khuếch tán ngang.
Lƣới tính Vịnh bắc Bộ
Thơng số lƣới tính: Số nút lƣới: 4014 Số tam giác: 6830
Khoảng cách lớn nhất giữa các nút lƣới: 43 km Khoảng cách nhỏ nhất giữa các nút lƣới: 2.5 km
Hình 2.1: Lưới tính, độ sâu và vị trí biên cho vùng biển Vịnh Bắc Bộ
Điều kiện biên và điều kiện ban đầu:
Điều kiện biên lỏng: là giá trị mực nƣớc đƣợc phân tích từ bộ hằng số điều
hịa tồn cầu độ phân giải 0.25 x 0.25 độ đƣợc tích hợp sẵn trong bộ Mike. Điều kiện biên này đƣợc sử dụng cho 2 trƣờng hợp tính mực nƣớc triều và mực nƣớc tổng cộng.
Điều kiện biên bề mặt: Là giá trị gió áp bao phủ miền tính. Điều kiện này
đƣợc sử dụng cho trƣờng hợp tính mực nƣớc tổng cộng với các kịch bản sau:
- Giá trị vận tốc, và hƣớng gió đƣợc đƣa vào đối với các trƣờng hợp tính mực nƣớc tổng cộng dƣới tác động của gió theo các hƣớng thịnh hành.
- Giá trị gió áp đƣợc mơ phỏng từ mơ hình gió bão (cơng cụ: Cyclone Wind Generation) trong bộ phần mềm Mike đối với các trƣờng hợp tính mực nƣớc trong các cơn bão điển hình trong quá khứ.
Điều kiện ban đầu:
Điều kiện ban đầu mô phỏng mực nƣớc: - Mực nƣớc ban đầu bằng “0”
Chƣơng 3