Hướng dẫn sử dụng Phần mềm River2D và các ứng dụng thực tiễn của nó

Việc xác định được trường vận tốc, sự phân bố vận tốc và độ sâu dòng chảy trong sông là một việc rất quan trọng trong ngành cầu đường, giao thông thủy, chỉnh trị sông và công trình ven bờ. Việc xác định trường vận tốc bằng những công thức kinh nghiệm hay bán kinh nghiệm thường cho kết quả không chính xác. Cùng với sự phát triển của công cụ máy tính và sự ra đời các phần mềm ứng dụng, việc xác định các yếu tố trong sông ngày càng trở nên đơn giản. Phần mềm river 2D...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hướng dẫn sử dụng Phần mềm River2D và các ứng dụng thực tiễn của nó Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D Hướng dẫn sử dụng Phần mềm River 2D và các ứng dụng thực tiễn của nó __________________________________________________________________ 1 Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước Huỳnh Thị Thu Trâm Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D PHẦN MỀM RIVER2D VÀ CÁC ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA NÓ MỤC LỤC Phần 1: Tổng quan chung 1. Đặt vấn đề Việc xác định được trường vận tốc, sự phân bố vận tốc và độ sâu dòng chảy trong sông là một việc rất quan trọng trong ngành cầu đường, giao thông thủy, chỉnh trị sông và công trình ven bờ. Việc xác định trường vận tốc bằng những công th ức kinh nghiệm hay bán kinh nghiệm thường cho kết quả không chính xác. Cùng với sự phát triển của công cụ máy tính và sự ra đời các phần mềm ứng dụng, việc xác đ ịnh các yếu tố trong sông ngày càng trở nên đơn giản. Phần mềm river 2D là một trong số các phần mềm ứng ụng đó. Phần mềm này sẽ cung cấp những công cụ tính toán nhằm: - Tính toán dòng chảy ổn định có thể dùng để thiết kế mỏ hàn, kè lát mái, cống qua đường, mố các trụ cầu, cửa lấy nước. Bên cạnh đó việc tính toán dòng ổn đ ịnh là điều kiện bắt buộc để làm số liệu biên đầu vào của tính dòng không ổn định, đưa ra điều kiện ban đầu chính xác để phép lặp ổn định. - Tính toán dòng chảy không ổn định dùng để dự báo lũ, tìm được các cao trình và vận tốc mà dòng chảy tác dụng lên các công trình thiết kế khi lũ về. 2. Mục đích Qua việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm này, chúng em đề ra ba mục đích phải đạt được, đó là: * Hướng dẫn chi tiết và dễ hiểu nhất về cách sử dụng phần mềm. * Ứng dụng vào tính toán dự báo lũ trên sông Hàn. __________________________________________________________________ 2 Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước Huỳnh Thị Thu Trâm Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D * Sau khi tìm được mô hình tính toán cho sông thực hợp lí nhất bằng cách so sánh với số liệu thực tế, sẽ đặt thêm các công trình cần thiết kế trên sông, để dự báo các hiện tượng có thể xảy ra ảnh hưởng lên công trình. 3. Cơ sở tính toán của mô hình RIVER2D a) Các dữ liệu đầu vào R2D dùng số liệu đầu vào là số liệu địa hình, hệ số nhám và hệ số nhớt, điều kiện biên và điều kiện ban đầu đưa vào, đó là phải rời rạc hóa địa hình để tìm ra sự thay đổi của dòng chảy. Tài liệu địa hình được thu thập từ thực tế và được cho ở dạng file text thể hiện đày đủ các thông số của một điểm bất kì trên miền tính toán (tọa độ x,y cao độ z, độ nhám). Về độ nhám thì có hai dạng là roughness hight hoặc hệ số Manning. So sánh với một chiều, thì ảnh hưởng bên dòng hai chiều thành hai hướng và tính vào tổn thất cho ma sát với đáy sông. Quan sát tính chất địa hình và kích thước đáy sông là cách hiệu quả nhất để thiết lập điều kiện ban đầu của hệ số nhám. Khi quan sát cao trình bề mặt nước hiệu chỉnh để cho ra kết quả hệ số nhám cuối cùng. Điều kiện biên được thiết lập là tổng lưu lượng dòng đi vào (inflow) và đưa số liệu cao trình bề mặt nước ở cửa mặt cắt đi ra (outflow). Nếu R2D không dùng phương pháp ẩn về hướng và độ lớn dòng chảy (θ = 1) thì cao trình mặt nước trên sông và độ lớn vận tốc sẽ tính trực tiếp. Nghĩa là tính ra ngay mà không quan tâm độ ổn định, không giới hạn Δt. Điều kiện biên (external boundry) sẽ giảm đi sự ảnh hưởng của các số liệu không chính xác, làm cho quá trính tính toán diễn ra nhanh hơn. Điều kiện ban đầu là quan trọng ngay cả trong dòng không ổn định (Điều kiện ban đầu dùng cho cả hai dòng ổn định và không ổn định), chúng được dùng để đoán trước được nghiệm trong phép lặp. Nếu điều kiện ban đầu đúng thì thời gian lặp sẽ giảm đi, kết quả chính xác và ổn định hơn. b. Mô hình tính toán River2D là mô hình thủy động hai chiều dựa trên Mô hình toán nước nông hai chiều ngang: Hiện tượng lũ tràn được mô hình bằng bài toán nước nông hai chiều, nghĩa là giả thiết vận tốc không chảy theo phương thẳng đứng mà chỉ chảy theo phương __________________________________________________________________ 3 Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước Huỳnh Thị Thu Trâm Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D ngang. Do không theo chiều đứng nên những vùng có sự thay đổi dòng chảy và độ sâu lớn cần tăng độ dày đặc và tam giác đều đặn hơn. Ta cần chú ý về sự quan trọng của việc rời rạc hóa này. * Nguyên lý: Bài toán của mô hình này là sự chuyển đổi từ các đặc điểm toán học ra số học trên máy tính. Bản chất là chuyển phép toán của ta trở thành đơn giản bao gồm vô số điểm nút để máy tính làm việc với hữu hạn nút và phần tử. * Mô hình vật lý: Dựa vào hai nguyên lý cơ bản là bảo toàn khối lượng và động lượng. - Bảo toàn khối lượng : Xét một phần tử nhỏ: ∂H ∂q x ∂q y + + =0 ∂t ∂x ∂y Phát biểu: lượng nước có trong phần tử bằng tổng lượng vào trừ lượng đi ra. -Bảo toàn động lượng : __________________________________________________________________ 4 Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước Huỳnh Thị Thu Trâm Hướng dẫn sử dụng phần mềm River 2D Theo phương x: Theo phuơng y: Với H là độ sâu dòng chảy U và V là vận tốc trung bình theo hưóng x và y. qx và qy là nguyên tố theo hướng x và y.lưu luợng * Mô hình toán học: Dùng 3 phương pháp trong bài toán rời rạc bao gồm phần tử hữu hạn, thể tích hữu hạn, sai phân hữu hạn. Bài toán thành lập biến phân và sự rời rạc hóa c ủa phương trình liên tục dẫn đến hệ phương trình tuyến tính trong đó vận tốc và độ sâu tại các nút lưới là ẩn số. Từ mô hình vật lí ta có thẻ viết gọn : __________________________________________________________________ 5 Thực hiện bởi: Võ Nguyễn Đức Phước Huỳnh ...