Numeričko modeliranje linijskih otvorenih tokova sa promenljivim rasporedom vegetacije
Numerical modelling of vegetated open-channel flows with arbitrary distribution of vegetation patches
Article (Published version)
Metadata
Show full item recordAbstract
Sa hidrauličkog stanovišta, prostorni raspored vodene vegetacije u koritima i na obalama vodotoka je slučajan i nezavisan od karakteristika toka. Vegetacija svojim prisustvom pruža otpore kretanju vode i utiče na tran-sportne procese i procese mešanja. Proračun otvorenih tokova sa promenljivim prostornim rasporedom vege-tacije zahteva da se prilikom numeričkog modeliranja vodi računa o konvektivnim članovima, jer oni pored zavisno promenljivih sadrže i prostorno promenljivu poroznost usled prisustva vegetacije u koritu. U ovom radu se za opis linijskih otvorenih tokova sa promenljivim rasporedom vegetacije koriste trostruko osrednjene Navije-Stoksove jednačine (Depth-Integrated Double-Averaged Navier-Stokes - DIDANS equations). Prikazan je postupak njihovog numeričkog rešavanja primenom metode konačnih zapremina. Za diskretizaciju jednačina u kojima se konvektivni član piše u razvijenom obliku da bi se uzela u obzir prostorna promena poroznosti, koristi se računski postupak razdvajanja... fluksova (flux-difference splitting) i prilagođena Rouova računska shema za aproksimaciju zavisno promenljivih na granicama kontrolne zapremine. Modifikovan Rouov postupak testiran je na pojednostavljenom, idealizovanom primeru homogenih DIDANS jednačina (horizontalno dno i zanemareni otpori trenja i oblika). Rezultati numeričkog modela upoređeni su sa analitičkim rešenjem za ovaj pojednostavljen slučaj, pri čemu je dobijeno odlično slaganje.
From the point of view of Engineering Hydraulics, the spatial distribution of the aquatic vegetation in the natural streams and their floodplanes is random and unrelated to the streams' flow characteristics. Aquatic vegetation enhances flow resistance and influences mixing and transport processes. Numerical simulation of open channel flows with variable spatial distribution of aquatic vegetation requires a special treatment of the advective terms, because, besides the main variables, they also contain the spatialy variable porosity due to the presence of vegetation in the channel. In this paper flow in open channels with variable spatial distribution of vegetation is described using triple-averaged Navier-Stokes equations (Depth-Integrated Double-Averaged Navier-Stokes, DIDANS equations). They are solved numerically using the finite volume method. The equations with the advective terms explicitly accounting for the spatial variation of porosity are solved by using the flux difference s...plitting and Roe's method for approximation of the dependent variables at the boundaries between the computational cells. The modified Roe's method is tested on an idealised case of homogeneous DIDANS equations (horizontal bed and all flow resistance terms neglected). Numerical results for this simplified case are in excellent agreement with the analytical solution.
Keywords:
prostorna heterogenost / poroznost / trostruko osrednjene Navije-Stoksove jednačine / Rouov postupak / spatial heterogeneity / porosity / Depth-Integrated Double-Averaged Navier-Stokes equations / Roe’s methodSource:
Vodoprivreda, 2023, 55, 325-326, 143-153Publisher:
- Srpsko društvo za odvodnjavanje i navodnjavanje
Funding / projects:
- Ministry of Science, Technological Development and Innovation of the Republic of Serbia, institutional funding - 200092 (University of Belgrade, Faculty of Civil Engineering) (RS-MESTD-inst-2020-200092)
- DoubleVeg - Application of Double-Averaging Methodology to Modelling of Flow in Compound Channels with Vegetation on Floodplains (RS-ScienceFundRS-Dijaspora-6466895)
Note:
- Istraživanje je sprovedeno uz podršku Fonda za nauku Republike Srbije, Program DIJASPORA, #Broj projekta 6466895, Akronim: DoubleVeg This research was supported by the Science Fund of the Republic of Serbia, Program DIASPORA, #GRANT No. 6466895, Acronym: DoubleVeg.
Collections
Institution/Community
GraFarTY - JOUR AU - Đorđević, Dejana AU - Pokrajac, Dubravka PY - 2023 UR - https://grafar.grf.bg.ac.rs/handle/123456789/3339 AB - Sa hidrauličkog stanovišta, prostorni raspored vodene vegetacije u koritima i na obalama vodotoka je slučajan i nezavisan od karakteristika toka. Vegetacija svojim prisustvom pruža otpore kretanju vode i utiče na tran-sportne procese i procese mešanja. Proračun otvorenih tokova sa promenljivim prostornim rasporedom vege-tacije zahteva da se prilikom numeričkog modeliranja vodi računa o konvektivnim članovima, jer oni pored zavisno promenljivih sadrže i prostorno promenljivu poroznost usled prisustva vegetacije u koritu. U ovom radu se za opis linijskih otvorenih tokova sa promenljivim rasporedom vegetacije koriste trostruko osrednjene Navije-Stoksove jednačine (Depth-Integrated Double-Averaged Navier-Stokes - DIDANS equations). Prikazan je postupak njihovog numeričkog rešavanja primenom metode konačnih zapremina. Za diskretizaciju jednačina u kojima se konvektivni član piše u razvijenom obliku da bi se uzela u obzir prostorna promena poroznosti, koristi se računski postupak razdvajanja fluksova (flux-difference splitting) i prilagođena Rouova računska shema za aproksimaciju zavisno promenljivih na granicama kontrolne zapremine. Modifikovan Rouov postupak testiran je na pojednostavljenom, idealizovanom primeru homogenih DIDANS jednačina (horizontalno dno i zanemareni otpori trenja i oblika). Rezultati numeričkog modela upoređeni su sa analitičkim rešenjem za ovaj pojednostavljen slučaj, pri čemu je dobijeno odlično slaganje. AB - From the point of view of Engineering Hydraulics, the spatial distribution of the aquatic vegetation in the natural streams and their floodplanes is random and unrelated to the streams' flow characteristics. Aquatic vegetation enhances flow resistance and influences mixing and transport processes. Numerical simulation of open channel flows with variable spatial distribution of aquatic vegetation requires a special treatment of the advective terms, because, besides the main variables, they also contain the spatialy variable porosity due to the presence of vegetation in the channel. In this paper flow in open channels with variable spatial distribution of vegetation is described using triple-averaged Navier-Stokes equations (Depth-Integrated Double-Averaged Navier-Stokes, DIDANS equations). They are solved numerically using the finite volume method. The equations with the advective terms explicitly accounting for the spatial variation of porosity are solved by using the flux difference splitting and Roe's method for approximation of the dependent variables at the boundaries between the computational cells. The modified Roe's method is tested on an idealised case of homogeneous DIDANS equations (horizontal bed and all flow resistance terms neglected). Numerical results for this simplified case are in excellent agreement with the analytical solution. PB - Srpsko društvo za odvodnjavanje i navodnjavanje T2 - Vodoprivreda T1 - Numeričko modeliranje linijskih otvorenih tokova sa promenljivim rasporedom vegetacije T1 - Numerical modelling of vegetated open-channel flows with arbitrary distribution of vegetation patches EP - 153 IS - 325-326 SP - 143 VL - 55 UR - https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_grafar_3339 ER -
@article{ author = "Đorđević, Dejana and Pokrajac, Dubravka", year = "2023", abstract = "Sa hidrauličkog stanovišta, prostorni raspored vodene vegetacije u koritima i na obalama vodotoka je slučajan i nezavisan od karakteristika toka. Vegetacija svojim prisustvom pruža otpore kretanju vode i utiče na tran-sportne procese i procese mešanja. Proračun otvorenih tokova sa promenljivim prostornim rasporedom vege-tacije zahteva da se prilikom numeričkog modeliranja vodi računa o konvektivnim članovima, jer oni pored zavisno promenljivih sadrže i prostorno promenljivu poroznost usled prisustva vegetacije u koritu. U ovom radu se za opis linijskih otvorenih tokova sa promenljivim rasporedom vegetacije koriste trostruko osrednjene Navije-Stoksove jednačine (Depth-Integrated Double-Averaged Navier-Stokes - DIDANS equations). Prikazan je postupak njihovog numeričkog rešavanja primenom metode konačnih zapremina. Za diskretizaciju jednačina u kojima se konvektivni član piše u razvijenom obliku da bi se uzela u obzir prostorna promena poroznosti, koristi se računski postupak razdvajanja fluksova (flux-difference splitting) i prilagođena Rouova računska shema za aproksimaciju zavisno promenljivih na granicama kontrolne zapremine. Modifikovan Rouov postupak testiran je na pojednostavljenom, idealizovanom primeru homogenih DIDANS jednačina (horizontalno dno i zanemareni otpori trenja i oblika). Rezultati numeričkog modela upoređeni su sa analitičkim rešenjem za ovaj pojednostavljen slučaj, pri čemu je dobijeno odlično slaganje., From the point of view of Engineering Hydraulics, the spatial distribution of the aquatic vegetation in the natural streams and their floodplanes is random and unrelated to the streams' flow characteristics. Aquatic vegetation enhances flow resistance and influences mixing and transport processes. Numerical simulation of open channel flows with variable spatial distribution of aquatic vegetation requires a special treatment of the advective terms, because, besides the main variables, they also contain the spatialy variable porosity due to the presence of vegetation in the channel. In this paper flow in open channels with variable spatial distribution of vegetation is described using triple-averaged Navier-Stokes equations (Depth-Integrated Double-Averaged Navier-Stokes, DIDANS equations). They are solved numerically using the finite volume method. The equations with the advective terms explicitly accounting for the spatial variation of porosity are solved by using the flux difference splitting and Roe's method for approximation of the dependent variables at the boundaries between the computational cells. The modified Roe's method is tested on an idealised case of homogeneous DIDANS equations (horizontal bed and all flow resistance terms neglected). Numerical results for this simplified case are in excellent agreement with the analytical solution.", publisher = "Srpsko društvo za odvodnjavanje i navodnjavanje", journal = "Vodoprivreda", title = "Numeričko modeliranje linijskih otvorenih tokova sa promenljivim rasporedom vegetacije, Numerical modelling of vegetated open-channel flows with arbitrary distribution of vegetation patches", pages = "153-143", number = "325-326", volume = "55", url = "https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_grafar_3339" }
Đorđević, D.,& Pokrajac, D.. (2023). Numeričko modeliranje linijskih otvorenih tokova sa promenljivim rasporedom vegetacije. in Vodoprivreda Srpsko društvo za odvodnjavanje i navodnjavanje., 55(325-326), 143-153. https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_grafar_3339
Đorđević D, Pokrajac D. Numeričko modeliranje linijskih otvorenih tokova sa promenljivim rasporedom vegetacije. in Vodoprivreda. 2023;55(325-326):143-153. https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_grafar_3339 .
Đorđević, Dejana, Pokrajac, Dubravka, "Numeričko modeliranje linijskih otvorenih tokova sa promenljivim rasporedom vegetacije" in Vodoprivreda, 55, no. 325-326 (2023):143-153, https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_grafar_3339 .