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A 2D shallow flow model for practical dam-break simulations / Yueling Wang in Journal of hydraulic research, Vol. 49 N° 3 (Mai/Juin 2011) 

Public ISBD [article]  in Journal of hydraulic research > Vol. 49 N° 3 (Mai/Juin 2011) . - pp. 307-316 Titre : A 2D shallow flow model for practical dam-break simulations Type de document : texte imprimé Auteurs : Yueling Wang, Auteur ; Liang, Qiuhua, Auteur ; Kesserwani, Georges, Auteur Année de publication : 2011 Article en page(s) : pp. 307-316 Note générale : Hydraulique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Dam  break  Friction  term  Godunov-type  method  Shallow-water  equation  Well-balanced  scheme  Wetting  and  drying Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : Dam-break flows usually occur in domains with complex geometric and topographic features and involve abrupt flow patterns. A dam-break model must therefore be able to effectively handle different flow types including transcritical flows or hydraulic jumps, deal with complex domain topography, capture repeating wet–dry interface and represent high roughness values in the floodplain. Herein, all of these objectives are achieved by extending a recent one-dimensional finite volume Godunov-type model into two dimensions for solving the shallow-water equations. While doing so, a much simplified condition to maintain well-balanced solutions around a wet–dry front is proposed and a two-dimensional friction source term discretization is derived under a suitable stability condition in relation to practical simulations. The two-dimensional model is successfully validated against three analytical benchmark tests and then assessed for predicting realistic dam-break flood events. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00221686.2011.566248 [article] A 2D shallow flow model for practical dam-break simulations [texte imprimé] / Yueling Wang, Auteur ; Liang, Qiuhua, Auteur ; Kesserwani, Georges, Auteur . - 2011 . - pp. 307-316. Hydraulique Langues : Anglais (eng) in Journal of hydraulic research > Vol. 49 N° 3 (Mai/Juin 2011) . - pp. 307-316 Mots-clés : Dam  break  Friction  term  Godunov-type  method  Shallow-water  equation  Well-balanced  scheme  Wetting  and  drying Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : Dam-break flows usually occur in domains with complex geometric and topographic features and involve abrupt flow patterns. A dam-break model must therefore be able to effectively handle different flow types including transcritical flows or hydraulic jumps, deal with complex domain topography, capture repeating wet–dry interface and represent high roughness values in the floodplain. Herein, all of these objectives are achieved by extending a recent one-dimensional finite volume Godunov-type model into two dimensions for solving the shallow-water equations. While doing so, a much simplified condition to maintain well-balanced solutions around a wet–dry front is proposed and a two-dimensional friction source term discretization is derived under a suitable stability condition in relation to practical simulations. The two-dimensional model is successfully validated against three analytical benchmark tests and then assessed for predicting realistic dam-break flood events. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00221686.2011.566248

Simulation of shallow flows in nonuniform open channels / Liang, Qiuhua in Transactions of the ASME . Journal of fluids engineering, Vol. 130 N° 1 (Janvier 2008) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of fluids engineering > Vol. 130 N° 1 (Janvier 2008) . - 9 p. Titre : Simulation of shallow flows in nonuniform open channels Type de document : texte imprimé Auteurs : Liang, Qiuhua, Auteur Année de publication : 2009 Article en page(s) : 9 p. Note générale : Fluids engineering Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Flow  (dynamics);  channels  (hydraulic  engineering);  computer  simulation;  hydraulic  jump;  open  channels  (hydraulics);  equations;  shallow  water  equations;  water;  simulation;  drops Résumé : This paper presents a new formulation of the 2D shallow water equations, based on which a numerical model (referred to as NewChan) is developed for simulating complex flows in nonuniform open channels. The new shallow water equations mathematically balance the flux and source terms and can be directly applied to predict flows over irregular bed topography without any necessity for a special numerical treatment of source terms. The balanced governing equations are solved on uniform Cartesian grids using a finite-volume Godunov-type scheme, enabling automatic capture of transcritical flows. A high-order numerical scheme is achieved using a second-order Runge–Kutta integration method. A very simple immersed boundary approach is used to deal with an irregular domain geometry. This method can be easily implemented in a Cartesian model and does not have any influence on computational efficiency. The numerical model is validated against several benchmark tests. The computed results are compared with analytical solutions, previously published predictions, and experimental measurements and excellent agreements are achieved. En ligne : http://fluidsengineering.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=122 [...] [article] Simulation of shallow flows in nonuniform open channels [texte imprimé] / Liang, Qiuhua, Auteur . - 2009 . - 9 p. Fluids engineering Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of fluids engineering > Vol. 130 N° 1 (Janvier 2008) . - 9 p. Mots-clés : Flow  (dynamics);  channels  (hydraulic  engineering);  computer  simulation;  hydraulic  jump;  open  channels  (hydraulics);  equations;  shallow  water  equations;  water;  simulation;  drops Résumé : This paper presents a new formulation of the 2D shallow water equations, based on which a numerical model (referred to as NewChan) is developed for simulating complex flows in nonuniform open channels. The new shallow water equations mathematically balance the flux and source terms and can be directly applied to predict flows over irregular bed topography without any necessity for a special numerical treatment of source terms. The balanced governing equations are solved on uniform Cartesian grids using a finite-volume Godunov-type scheme, enabling automatic capture of transcritical flows. A high-order numerical scheme is achieved using a second-order Runge–Kutta integration method. A very simple immersed boundary approach is used to deal with an irregular domain geometry. This method can be easily implemented in a Cartesian model and does not have any influence on computational efficiency. The numerical model is validated against several benchmark tests. The computed results are compared with analytical solutions, previously published predictions, and experimental measurements and excellent agreements are achieved. En ligne : http://fluidsengineering.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=122 [...]

Wind-induced chaotic advection in shallow flow geometries - Part I: Circular basins / Liang, Qiuhua in Journal of hydraulic research, Vol. 44 N°2 (2006) 

Public ISBD [article]  in Journal of hydraulic research > Vol. 44 N°2 (2006) . - 170-179 p. Titre : Wind-induced chaotic advection in shallow flow geometries - Part I: Circular basins Titre original : Courants chaostique induits par le vent en zone peu profondes - Partie I: Bassins circulaires Type de document : texte imprimé Auteurs : Liang, Qiuhua, Auteur ; Borthwick, Alistair G. L., Auteur ; Taylor, Paul H., Auteur Article en page(s) : 170-179 p. Note générale : Hydraulique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Chaotic  advection  Particle  tracking  Shallow  flow  Wind-induced  circulation  Quadtree  grid  Advection  chaotique  Cheminement  de  particules  Ecoulement  peu  profond  Circulation  induite  par  vent  Grille  de  Quadtree Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : A numerical study is presented of horizontal wind-induced mixing in shallow water basins. The shallow water equations are solved on a dynamically adaptive quadtree grid using a Godunov-type finite volume scheme to predict the wind-induced flow field. Passive tracer dynamics are then simulated by time-integration of the advection equations using a Runge–Kutta Cash–Karp algorithm, with the flow velocities interpolated from the grid-based flow field. In a circular basin suggested by Kranenburg [J Hydraul Res 30 (1992) 29], numerical predictions of particle motions and mixing processes are in close qualitative agreement with Kranenburg’s analytical solutions for the case of a wind of constant intensity abruptly changing direction between north-west and north-east. New results are presented for the case of wind changing direction between west and east. Further investigations are carried out for circular basins with conical and more complicated bed topographies. It is observed that the particle motions invariably alter from regular to chaotic as the storm duration increases, in agreement with Kranenburg’s findings. The effect of basin plan-form shape on mixing is considered in the companion paper. Une étude numérique est présentée du mélange vent-induit horizontal en bassins peu profonds de l'eau. Les équations peu profondes de l'eau sont résolues sur une grille dynamiquement adaptative de quadtree en utilisant un Godunov-type arrangement fini de volume pour prévoir le champ vent-induit d'écoulement. La dynamique passive de traceur est alors simulée par le temps-intégration des équations d'advection en utilisant un algorithme d'Argent comptant-Karp de Runge-Kutta, avec les vitesses d'écoulement interpolées du champ grille-basé d'écoulement. Dans un bassin de circulaire suggéré par Kranenburg [recherche de J Hydraul 30 (1992) 29], les prévisions numériques des procédés de mouvements et de mélange de particules sont dans l'accord qualitatif étroit avec les solutions analytiques de Kranenburg pour le cas d'un vent de l'intensité constante changeant abruptement la direction entre le nord-ouest et le nord-est. De nouveaux résultats sont présentés pour le cas de la direction changeante de vent entre l'ouest et l'est. D'autres investigations sont effectuées pour les bassins circulaires avec les topographies coniques et plus compliqués de lit. On l'observe que les mouvements de particules changent invariablement de régulier à chaotique à mesure que la durée de donner l'assaut à augmente, en accord avec les résultats de Kranenburg. L'effet de la forme de plan-forme de bassin sur se mélanger est considéré dans le papier de compagnon. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 RAMEAU : Hydraulique En ligne : qiuhua.liang@eng.ox.ac.uk [article] Wind-induced chaotic advection in shallow flow geometries - Part I: Circular basins = Courants chaostique induits par le vent en zone peu profondes - Partie I: Bassins circulaires [texte imprimé] / Liang, Qiuhua, Auteur ; Borthwick, Alistair G. L., Auteur ; Taylor, Paul H., Auteur . - 170-179 p. Hydraulique Langues : Anglais (eng) in Journal of hydraulic research > Vol. 44 N°2 (2006) . - 170-179 p. Mots-clés : Chaotic  advection  Particle  tracking  Shallow  flow  Wind-induced  circulation  Quadtree  grid  Advection  chaotique  Cheminement  de  particules  Ecoulement  peu  profond  Circulation  induite  par  vent  Grille  de  Quadtree Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : A numerical study is presented of horizontal wind-induced mixing in shallow water basins. The shallow water equations are solved on a dynamically adaptive quadtree grid using a Godunov-type finite volume scheme to predict the wind-induced flow field. Passive tracer dynamics are then simulated by time-integration of the advection equations using a Runge–Kutta Cash–Karp algorithm, with the flow velocities interpolated from the grid-based flow field. In a circular basin suggested by Kranenburg [J Hydraul Res 30 (1992) 29], numerical predictions of particle motions and mixing processes are in close qualitative agreement with Kranenburg’s analytical solutions for the case of a wind of constant intensity abruptly changing direction between north-west and north-east. New results are presented for the case of wind changing direction between west and east. Further investigations are carried out for circular basins with conical and more complicated bed topographies. It is observed that the particle motions invariably alter from regular to chaotic as the storm duration increases, in agreement with Kranenburg’s findings. The effect of basin plan-form shape on mixing is considered in the companion paper. Une étude numérique est présentée du mélange vent-induit horizontal en bassins peu profonds de l'eau. Les équations peu profondes de l'eau sont résolues sur une grille dynamiquement adaptative de quadtree en utilisant un Godunov-type arrangement fini de volume pour prévoir le champ vent-induit d'écoulement. La dynamique passive de traceur est alors simulée par le temps-intégration des équations d'advection en utilisant un algorithme d'Argent comptant-Karp de Runge-Kutta, avec les vitesses d'écoulement interpolées du champ grille-basé d'écoulement. Dans un bassin de circulaire suggéré par Kranenburg [recherche de J Hydraul 30 (1992) 29], les prévisions numériques des procédés de mouvements et de mélange de particules sont dans l'accord qualitatif étroit avec les solutions analytiques de Kranenburg pour le cas d'un vent de l'intensité constante changeant abruptement la direction entre le nord-ouest et le nord-est. De nouveaux résultats sont présentés pour le cas de la direction changeante de vent entre l'ouest et l'est. D'autres investigations sont effectuées pour les bassins circulaires avec les topographies coniques et plus compliqués de lit. On l'observe que les mouvements de particules changent invariablement de régulier à chaotique à mesure que la durée de donner l'assaut à augmente, en accord avec les résultats de Kranenburg. L'effet de la forme de plan-forme de bassin sur se mélanger est considéré dans le papier de compagnon. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 RAMEAU : Hydraulique En ligne : qiuhua.liang@eng.ox.ac.uk

Wind-induced chaotic advection in shallow flow geometries - Part II: Non-circular basins / Liang, Qiuhua in Journal of hydraulic research, Vol. 44 N°2 (2006) 

Public ISBD [article]  in Journal of hydraulic research > Vol. 44 N°2 (2006) . - 180-188 p. Titre : Wind-induced chaotic advection in shallow flow geometries - Part II: Non-circular basins Titre original : Courants caostiques induit par le vent en zones peu profondes- Partie II: Bassins non-circulaires Type de document : texte imprimé Auteurs : Liang, Qiuhua, Auteur ; Borthwick, Alistair G. L., Auteur ; Taylor, Paul H., Auteur Article en page(s) : 180-188 p. Note générale : Hydraulique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Chaotic  advection  Shallow  flow  Wind-induced  circulation  Quadtree  grid  Mine  tailings  pond  Advection  chaotique  Ecoulement  peu  profond  Circulation  induite  par  vent  Grille  de  Quadtree  Etang  de  produits  de  queue  de  mine Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : The effect of flow geometry on wind-induced particle advection in non-circular shallow basins is investigated by means of a particle tracking advection model combined with a finite volume solver of the shallowwater equations. Acompanion paper describes the numerical model and its application to hor-izontal mixing in circular shallow basins. The present paper considers wind-induced horizontal mixing in non-circular shallow basins, including basins of Greek hippodrome and rectangular shapes and a mine tailings pond with idealized bed topography. Wind-induced circulation in the Greek hippo-drome basin moves passive tracers in a similar way to that in a circular basin, with improved mixing as the storm duration increases (within the range of values considered). For a rectangular basin, wind-induced mixing is weaker and it is not possible to achieve global chaotic advection, due to the influence of the inside corners. In the mine tailings pond, a wind varying sinusoidally both in direction and intensity is applied. The resulting mixing efficiency is high due to the intricate flow patterns resulting from the complicated domain geometry. However, global chaotic mixing is again not achieved. L'effet de la géométrie d'écoulement sur l'advection vent-induite de particules en bassins peu profonds non-circulaires est étudié au moyen d'une particule dépistant le modèle d'advection combiné avec un solutionneur fini de volume des équations de shallowwater. L'article d'Acompanion décrit le modèle numérique et son application au mélange horizontal en bassins peu profonds circulaires. Le présent article considère le mélange horizontal vent-induit en bassins peu profonds non-circulaires, y compris des bassins du hippodrome grec et les formes rectangulaires et les produits de queue d'une mine s'accumulent avec la topographie idéalisée de lit. La circulation Vent-induite dans le bassin grec d'hippopotame-drome déplace les traceurs passifs d'une manière semblable à celui dans un bassin circulaire, avec le mélange amélioré à mesure que la durée de donner l'assaut à augmente (dans la marge des valeurs considérées). Pour un bassin rectangulaire, le mélange vent-induit est plus faible et il n'est pas possible de réaliser l'advection chaotique globale, due à l'influence des coins intérieurs. Dans le mien les produits de queue s'accumulent, un vent changeant sinusoïdalement tous les deux dans la direction et l'intensité est appliquée. L'efficacité de mélange résultante est haut due aux modèles complexes d'écoulement résultant de la géométrie compliquée de domaine. Cependant, le mélange chaotique global n'est pas encore réalisé. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 RAMEAU : Hydraulique En ligne : qiuhua.liang@eng.ox.ac.uk [article] Wind-induced chaotic advection in shallow flow geometries - Part II: Non-circular basins = Courants caostiques induit par le vent en zones peu profondes- Partie II: Bassins non-circulaires [texte imprimé] / Liang, Qiuhua, Auteur ; Borthwick, Alistair G. L., Auteur ; Taylor, Paul H., Auteur . - 180-188 p. Hydraulique Langues : Anglais (eng) in Journal of hydraulic research > Vol. 44 N°2 (2006) . - 180-188 p. Mots-clés : Chaotic  advection  Shallow  flow  Wind-induced  circulation  Quadtree  grid  Mine  tailings  pond  Advection  chaotique  Ecoulement  peu  profond  Circulation  induite  par  vent  Grille  de  Quadtree  Etang  de  produits  de  queue  de  mine Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : The effect of flow geometry on wind-induced particle advection in non-circular shallow basins is investigated by means of a particle tracking advection model combined with a finite volume solver of the shallowwater equations. Acompanion paper describes the numerical model and its application to hor-izontal mixing in circular shallow basins. The present paper considers wind-induced horizontal mixing in non-circular shallow basins, including basins of Greek hippodrome and rectangular shapes and a mine tailings pond with idealized bed topography. Wind-induced circulation in the Greek hippo-drome basin moves passive tracers in a similar way to that in a circular basin, with improved mixing as the storm duration increases (within the range of values considered). For a rectangular basin, wind-induced mixing is weaker and it is not possible to achieve global chaotic advection, due to the influence of the inside corners. In the mine tailings pond, a wind varying sinusoidally both in direction and intensity is applied. The resulting mixing efficiency is high due to the intricate flow patterns resulting from the complicated domain geometry. However, global chaotic mixing is again not achieved. L'effet de la géométrie d'écoulement sur l'advection vent-induite de particules en bassins peu profonds non-circulaires est étudié au moyen d'une particule dépistant le modèle d'advection combiné avec un solutionneur fini de volume des équations de shallowwater. L'article d'Acompanion décrit le modèle numérique et son application au mélange horizontal en bassins peu profonds circulaires. Le présent article considère le mélange horizontal vent-induit en bassins peu profonds non-circulaires, y compris des bassins du hippodrome grec et les formes rectangulaires et les produits de queue d'une mine s'accumulent avec la topographie idéalisée de lit. La circulation Vent-induite dans le bassin grec d'hippopotame-drome déplace les traceurs passifs d'une manière semblable à celui dans un bassin circulaire, avec le mélange amélioré à mesure que la durée de donner l'assaut à augmente (dans la marge des valeurs considérées). Pour un bassin rectangulaire, le mélange vent-induit est plus faible et il n'est pas possible de réaliser l'advection chaotique globale, due à l'influence des coins intérieurs. Dans le mien les produits de queue s'accumulent, un vent changeant sinusoïdalement tous les deux dans la direction et l'intensité est appliquée. L'efficacité de mélange résultante est haut due aux modèles complexes d'écoulement résultant de la géométrie compliquée de domaine. Cependant, le mélange chaotique global n'est pas encore réalisé. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 RAMEAU : Hydraulique En ligne : qiuhua.liang@eng.ox.ac.uk