特拉汉,C.J。;G·萨凡特。;R.C.伯杰。;法尔廷,M。;麦卡尔平,T.O。;佩蒂,L。;G.K.Choudhary。;北卡罗来纳州道森。 自适应水力学三维浅水和运输模型的制定和应用。 (英语) 兹伯利1416.76130 J.计算。物理学。 374, 47-90 (2018). 总结:下一代保守的有限元水动力和输移模型对于准确高效的海洋、河口和河流模拟至关重要。美国陆军工程兵团工程研究与开发中心(ERDC)几十年来一直在开发此类数值模型。本文主要研究自适应水力学(AdH)数值套件中最近开发的隐式多维有限元三维浅水和输移模型。这些AdH 3D模型得益于其自适应网格划分能力,以解决尖锐的解梯度,例如通常遇到的斜压楔向河口航道移动。本文介绍了用于求解这些模型的弱有限元方程的AdH三维数学公式和求解程序,以及几种常见验证案例的结果和AdH Galveston Bay验证研究。描述了一种用于三维浅水模型的新型Streamline Upwind Petrov-Galerkin(SUPG)方法,该方法在一定条件下简化为AdH 2D浅水SUPG公式。注意确保方程组中的离散一致性。 引用于2文件 MSC公司: 76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用 86A05型 水文学、水文学、海洋学 76B15号机组 水波、重力波;色散和散射,非线性相互作用 86-08 地球物理问题的计算方法 关键词:浅水;稳定有限元;斜压的;盐分运移;网格自适应;三维 软件:ADCIRC公司 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{C.J.Trahan}等人,J.计算。物理学。374、47-90(2018年;Zbl 1416.76130) 全文: 内政部 参考文献: [1] Vreugdenhil,C.B.,《浅水流动的数值方法》,第13卷(1994),施普林格:施普林格荷兰 [2] Dawson,C。;Kubatko,E.J。;韦斯特林克,J.J。;特拉汉,C。;米拉比托,C。;Michoski,C。;Panda,N.,《模拟飓风风暴潮的间断Galerkin方法》,水资源高级研究所。,34,9,1165-1176(2011),新计算方法和软件工具 [3] Roux,D.Y.L。;Staniforth,A。;Lin,C.A.,《浅水方程海洋模型的有限元》,孟买。《天气评论》,126、7、1931-1951(1998) [4] Danilov,S.,非结构化网格上的海洋建模,海洋模型。,69,补遗C,195-210(2013) [5] Zhang,Y。;Baptista,A.M.,Selfe:跨尺度海洋环流的半隐式欧拉-拉格朗日有限元模型,海洋模型。,21, 3-4, 71-96 (2008) [6] DELTARES,Delft3D-FLOW用户手册,荷兰代尔夫特,2011年。;DELTARES,Delft3D-FLOW用户手册,荷兰Delft,2011年。 [7] R.Luettich,J.Westerink,N.Scheffner,ADCIRC:陆架海岸和河口的先进三维环流模型,报告1:ADCIRC-2ddi和ADCIRC-3dl的理论和方法,疏浚研究项目技术报告DRP-92-6。;R.Luettich,J.Westerink,N.Scheffner,ADCIRC:陆架海岸和河口的先进三维环流模型,报告1:ADCIRC-2ddi和ADCIRC-3dl的理论和方法,疏浚研究计划技术报告DRP-92-6。 [8] White,L.,《有限元海洋建模的准确性和一致性》(2007年),鲁汶天主教大学博士论文 [9] Brown,G.L.,《非平衡悬浮泥沙的近似剖面》,J.Hydraul。工程,134,7,1010-1014(2008) [10] IIHR第三届国际浅层流研讨会,爱荷华大学,使用一组应用于深度平均平流扩散方程的校正因子的准三维悬浮泥沙模型(2012年) [11] 修改Spasojevic,Holly(1993)的河床沉积方程,以解释可变孔隙度、可变颗粒比重和不可再生边界,见:IIHR第三届国际浅层流研讨会,爱荷华大学,2012年。;修改Spasojevic,Holly(1993)的河床沉积方程,以解释可变孔隙度、可变颗粒比重和不可再生边界,见:IIHR第三届国际浅层流研讨会,爱荷华大学,2012年。 [12] 密西西比河下游三角洲泥沙输移模拟。;密西西比河下游三角洲泥沙运移模型。 [13] Savant,G。;Berger,R.C.,自适应时间步进–;用于耦合隐式数值流体力学和水质代码的算子分裂策略,J.Environ。工程,138,9,979-984(2012) [14] 梅西,C。;安德森,M.E。;史密斯,J。;戈麦斯,J.M。;Rusty,J.,《STWAVE:STWAVE稳态谱波模型用户手册》,6.0版(2011年),以及开发中心(美国),技术代表,海岸和水力学实验室(美国)-工程师研究 [15] Christensen,B.,《无粘性河岸的初始运动》,(纪念H.A.Einstein教授的沉积研讨会(1972年),H.W.Shen出版社:H.W.Shin出版社,科罗拉多州柯林斯堡),1-22,第4章 [16] Christensen,B.,《柔性粗糙面上的明渠和薄层水流》(Shen,H.,第二十一届IAHR大会会议记录(1985年),Miadna Pty,Ltd:Miadna私人有限公司,澳大利亚新南威尔士州),462-467 [17] 雅各布斯,J。;Wang,M.-H.,应用于洪泛区水位流量关系的大气动量粗糙度,J.Hydrol。工程师,8,2,99-104(2003) [18] 沃尔顿,R。;Christensen,B.A.,内陆地区风暴潮的摩擦系数,J.Waterw。港口海岸。海洋工程,106,2,261-271(1980) [19] Savant,G.,《三维浅水自适应水力学(AdH-SW3):湍流闭合》(2015),美国陆军工程兵团,CR-15-1 [20] 马丁,S.K。;Savant,G。;McVan,D.C.,新奥尔良附近海湾内海岸水道二维数值模型,J.Waterw。港口海岸。海洋工程,138,3,236-245(2012) [21] Tate,J.N。;Savant,G。;McVan,D.C.,2010年巴基斯坦洪水快速响应数值模拟,Leadersh。管理。工程,12,4,315-323(2012) [22] 丹楚克,S。;Willson,C.,《海岸线敏感性对密西西比河下游石油泄漏轨迹建模的影响》,环境。科学。波卢特。国际研究,17333-340(2009) [23] 计算水力学在航行结构物评估中的应用,第119卷。;《计算水力学在航行结构物评估中的应用》,第119卷。 [24] Hanert,E。;Legat,V。;Deleersnijder,E.,《求解线性浅水方程的三种有限元比较》,海洋模型。,5, 1, 17-35 (2003) [25] Roux,D.Y.L.,浅水模型中有限元对的色散关系分析,SIAM J.Sci。计算。,27, 2, 394-414 (2005) ·Zbl 1141.76422号 [26] Roux,D.Y.L。;Carey,G.F.,不连续Galerkin线性化浅水系统的稳定性/色散分析,国际期刊数值。《液体方法》,48,3,325-347(2005)·Zbl 1065.76142号 [27] 休斯·T·J·R。;Brooks,A.N.,《具有不连续加权函数的Petrov-Galerkin方法的理论框架:对流线迎风过程的应用》,(流体中的有限元(1982),John Wiley and Sons,Ltd),46-65 [28] 克里斯蒂,我。;格里菲斯,D.F。;米切尔,A.R。;Zienkiewicz,O.C.,《具有重要一阶导数的二阶微分方程的有限元方法》,Int.J.Numer。方法工程,10,6,1389-1396(1976)·Zbl 0342.65065号 [29] 梅斯特,A。;Struckmeier,J.,《双曲型偏微分方程:理论、数值和应用》(2002),Vieweg+Teubner Verlag·Zbl 1012.65086号 [30] 林奇,D。;Gray,W.,有限元潮汐计算的波动方程模型,计算。流体,7,3,207-228(1979)·Zbl 0421.76013号 [31] Kolar,R.L.,《环境保护法:公式、数值解和应用》(1992年),圣母大学博士论文 [32] 二维有限元波动方程模型的演变(1986),Springer-Verlag [33] 科拉尔,R。;韦斯特林克,J。;坎特金,M。;Blain,C.,基于波浪连续性方程的浅水模型非线性模拟方面,计算。流体,23,3,523-538(1994)·Zbl 0813.76042号 [34] Flaherty,J.E。;Krivodonova,L。;Remacle,J.-F。;Shephard,M.S.,双曲守恒律的间断Galerkin方法方面,有限元。分析。设计。,38, 10, 889-908 (2002) ·Zbl 0996.65106号 [35] Dawson,C。;韦斯特林克,J.J。;Feyen,J.C。;Pothina,D.,浅水方程的连续、不连续和耦合的不连续/连续伽辽金有限元方法,Int.J.Numer。《液体方法》,52,1,63-88(2006)·Zbl 1097.76048号 [36] 梅西,T。;Blain,C.,为{GWCE}寻找一致和保守的质量通量,计算。方法应用。机械。工程,195,7-8,571-587(2006)·兹比尔1090.76044 [37] Kubatko,E.J。;韦斯特林克,J.J。;Dawson,C.,采用间断Galerkin方法进行河床演变的非结构化网格形态动力学模型,海洋模型。,15, 71-89 (2006) [38] 休斯·T。;恩格尔,G。;Mazzei,L。;Larson,M.,连续Galerkin方法是局部保守的,J.Compute。物理。,163, 2, 467-488 (2000) ·Zbl 0969.65104号 [39] R.伯杰。;Howington,S.,有限元中的离散通量和质量平衡,ASCE J.Hydraul。工程,128,187-92(2002) [40] Kubatko,E.J。;Bunya,S。;Dawson,C。;韦斯特林克,J.J。;Mirabito,C.,《连续和非连续有限元浅水模型的性能比较》,J.Sci。计算。,40, 1-3, 315-339 (2009) ·Zbl 1203.76085号 [41] 高濑,S。;Kashiyama,K。;田中,S。;Tezduyar,T.E.,《浅水方程的时空SUPG公式》,《国际数值杂志》。液体方法,64,10-12,1379-1394(2010)·Zbl 1427.35212号 [42] Carbonel H.,C.A.A。;大风A.,A.C。;Loula,A.D.,《浅水波方程Petrov-Galerkin公式的数值研究》,J.Braz。Soc.机械。科学。,22, 231-247 (2000) [43] Bova,S。;Carey,G.,浅水方程的对称公式和SUPG格式,Adv.water Resour。,19, 3, 123-131 (1996) [44] Dawson,C。;Videman,J.H.,粘性浅水方程的流线扩散有限元方法,J.Compute。申请。数学。,251, 1-7 (2013) ·Zbl 1288.65141号 [45] R.C.Berger,冲击捕捉的有限元格式,ERDC/CHL-93-12。;R.C.Berger,冲击捕捉的有限元格式,ERDC/CHL-93-12。 [46] Savant,G。;伯杰,C。;McAlpin,T.O。;Tate,J.N.,大坝和堤防溃决的高效隐式有限元水动力模型,J.Hydraul。工程,137,9,1005-1018(2011) [47] Janjic,Z.I.,用于陡峭和小尺度地形预测的压力梯度力和平流方案,Beitr。物理学。大气。,50, 1, 186-199 (1977) [48] Mesinger,F.,关于sigma坐标模型中压力梯度力计算的收敛性和误差问题,Geophys。天体物理学。流体动力学。,19, 1-2, 105-117 (1982) ·兹比尔04817.6034 [49] R.伯杰。;Stockstill,R.,《高速水道的有限元模型》,J.Hydraul。工程,121,10,710-716(1995) [50] R.C.伯杰。;Carey,G.F.,《曲面上的自由表面流:第二部分:计算模型》,《国际数值杂志》。液体方法,28,2,201-213(1998)·Zbl 0923.76115号 [51] R.C.Berger,L.M.Lee,《初始旱地浪涌的多维数值模拟》,ERDC/CHL TR-04-10。;R.C.Berger,L.M.Lee,《初始旱地浪涌的多维数值模拟》,ERDC/CHL TR-04-10。 [52] Tezduyar,T。;Park,Y.,非线性对流-扩散-反应方程的不连续捕获有限元公式,计算。方法应用。机械。工程师,59,3,307-325(1986)·兹比尔0593.76096 [53] Smagorinsky,J.,原始方程的一般循环实验,周一。《天气评论》,91,3,99-164(1963) [54] 梅勒,G.L。;Yamada,T.,《地球物理流体问题湍流闭合模型的发展》,《地球物理学评论》。,20, 4, 851-875 (1982) [55] 琼斯,W。;Launder,B.,用湍流的双方程模型预测分层,国际J.热质传递。,15, 2, 301-314 (1972) [56] Henderson-Sellers,B.,非中性稳定性条件下垂直涡流扩散系数的简单公式,J.Geophys。海洋研究,87,C8,5860-5864(1982) [57] Munk,W.H.,《温跃层理论注释》,西尔斯海洋研究基金会(1948年) [58] 肯特·R。;Pritchard,D.,《沿海平原河口混合长度理论的试验》,J.Mar.Res.,18,1,62-72(1957) [59] R.R.French,S.C.McCutcheon,分层环境中的湍流垂直动量传递,NASA STI/Recon技术报告N 83。;R.R.French,S.C.McCutcheon,分层环境中的湍流垂直动量传递,NASA STI/Recon技术报告N 83。 [60] 第五届海洋环境废物处置国际会议论文集,潮汐河口污染物的移动和混合(1960年),加州大学伯克利分校 [61] Tate,J.N。;R.C.伯杰。;Stockstill,R.L.,《浅水建模中网格自适应的精细化指标》,J.Hydraul。工程,132,8(2006) [62] Haney,R.L.,《关于sigma坐标海洋模型中陡峭地形上的压力梯度力》,J.Phys。海洋学家。,21, 4, 610-619 (1991) [63] Wang,S.S.Y。;罗氏,P.J。;Schmalz,R.A。;贾毅。;Smith,P.E.,《三维自由表面流模型的验证与确认》(2008),美国土木工程师学会(ASCE) [64] Chen,C.L.,潮汐模型测试的分析解决方案,J.Hydraul。工程,115、12、1707-1714(1989) [65] 普莱斯,J。;韦勒,R。;Schudlich,R.,《风生洋流和埃克曼运输》,《科学》,2381534-1538(1987) [66] T.L.Fagerburg、G.M.Fisackerly、J.W.Parman、C.J.Coleman、Houston-Galveston导航频道、德克萨斯项目、报告1、Galveston-bay现场调查、技术报告HL-92-7、美国陆军工程兵团、马里兰州维克斯堡水道实验站。;T.L.Fagerburg、G.M.Fisackerly、J.W.Parman、C.J.Coleman、Houston-Galveston Navigation Channels、Texas Project、报告1、加尔维斯顿湾实地调查、技术报告HL-92-7、美国陆军工程兵团水道实验站、密西西比州维克斯堡。 [67] Cochrane,J.D。;Kelly,F.J.,《德克萨斯-路易斯安那大陆架上的低频环流》,J.Geophys。海洋研究,91,C9,10645-10659(1986) [68] Savant,G。;Trahan,C.J。;伯杰,C。;McAlpin,J.T。;McAlpin,T.O.,三维浅水方程建模中动态网格自适应的细化指标,J.Hydraul。Eng.,144,2,文章06017026 pp.(2018) [69] Willmott,C.J.,《关于模型性能评估的一些评论》,公牛。Am.Meteorol公司。《社会学杂志》,63,11,1309-1313(1982) [70] Willmott,C.J。;Ackleson,S.G。;Davis,R.E。;Feddema,J.J。;Klink,K.M。;Legates,D.R。;奥唐纳,J。;Rowe,C.M.,《模型评估和比较统计》,J.Geophys。海洋研究,90,C5,8995-9005(1985) [71] Savant,G。;Berger,R.C.,《三维浅水自适应水力学(AdH-SW3)验证:加尔维斯顿湾流体动力学和盐度输送》(2015),海岸和水力学实验室技术代表(美国)-工程师研发中心(美国) [72] 普里查德,D.W。;新泽西州Bubolo。;Chang,S。;斯蒂芬·L。;Reigert,M。;Torre,F.J.,关于新采用的实用盐度等级的总结,1978年,和国际海水状态方程,1980年,海洋科学8 [73] Donea,J。;A.韦尔塔。;彭霍特,J.-P。;罗德里格斯·费朗(Rodríguez-Ferran,A.),《任意拉格朗日-欧式方法》(Arbitrary Lagrangian-Eulerian methods,2004),1-25 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。