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Impact of Limiters on Accuracy of High-Resolution Flow and Transport Models / Sanders Brett F. in Journal of engineering mechanics, Vol. 132 N°1 (Janvier 2006)

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°1 (Janvier 2006) . - 87-98 p. Titre : Impact of Limiters on Accuracy of High-Resolution Flow and Transport Models Titre original : Impact des Limiteurs sur l'Exactitude des Modèles à Haute Résolution d'Ecoulement et de Transport Type de document : texte imprimé Auteurs : Sanders Brett F., Auteur ; Bradford, Scott F., Auteur ; Teng, Michelle H., Editeur scientifique Article en page(s) : 87-98 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Accuracy  Mass  transfer  Overland  flow  Oscillations  Shallow  waters  Predictions  Exactitude  Transfert  de  masse  Ecoulement  de  surface  Eaux  peu  profondes Index. décimale : 621.34 Résumé : High resolution finite volume schemes used to predict mass transport and free surface flows utilize limiters such as Minmod, Double Minmod, and Superbee to prevent spurious oscillations commonly associated with second order accurate schemes. These Limiters effectively switch between the classical Lax Wendroff, Warming Beam, and Fromm schemes, or amplified versions of these schemes that artificially increase gradient magnitudes to minimize damping of high frequency solution components. A Von Neumann analysis illustrates that gradient or slope amplification reduces numerical dissipation, but also increases the phase error and should therefore be cautiously used. The Double Minmod limiter closely mimics the Fromm scheme and possesses better phase accuracy than the Minmod and Superbee limiters. Near sharp solution gradients, slope amplification used by the Double Minmod and Superbee limiters reduces artificial smearing. The Minmod limiter does not use slope amplification and therefore yields the most solution smearing. Results of model tests show that the combined attributes of the Double Minmod limiter yield more accurate predictions of mass transport and circulation zones in shallow water than those of other limiters such as Minmod and superbee. Les arrangements finis de haute résolution de volume prévoyaient que le transport de masse et les écoulements extérieurs libres utilisent des limiteurs tels que Minmod, double Minmod, et Superbee pour empêcher de fausses oscillations généralement liées aux arrangements précis du second degré. Ces limiteurs commutent efficacement entre le Wendroff relâché classique, les arrangements de chauffage de faisceau, et de Fromm, ou les versions amplifiées de ces arrangements qui augmentent artificiellement des grandeurs de gradient pour réduire au minimum l'atténuation des composants à haute fréquence de solution. Une analyse de Neumann de Von illustre que l'amplification de gradient ou de pente réduit la dissipation numérique, mais également augmente l'erreur de phase et devrait donc être avec précaution employée. Le double limiteur de Minmod imite étroitement l'arrangement de Fromm et possède une meilleure exactitude de phase que les limiteurs de Minmod et de Superbee. Près des gradients pointus de solution, l'amplification de pente employé par les doubles limiteurs de Minmod et de Superbee réduit le barbouillage artificiel. Le limiteur de Minmod n'emploie pas l'amplification de pente et ne rapporte pas donc la plupart de barbouillage de solution. Les résultats des essais modèles prouvent que les attributs combinés des prévisions plus précises de rendement de limiteur de Minmod de double des zones de masse de transport et de circulation dans l'eau peu profonde que ceux d'autres limiteurs tels que Minmod et superbee. [article] Impact of Limiters on Accuracy of High-Resolution Flow and Transport Models = Impact des Limiteurs sur l'Exactitude des Modèles à Haute Résolution d'Ecoulement et de Transport [texte imprimé] / Sanders Brett F., Auteur ; Bradford, Scott F., Auteur ; Teng, Michelle H., Editeur scientifique . - 87-98 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°1 (Janvier 2006) . - 87-98 p. Mots-clés : Accuracy  Mass  transfer  Overland  flow  Oscillations  Shallow  waters  Predictions  Exactitude  Transfert  de  masse  Ecoulement  de  surface  Eaux  peu  profondes Index. décimale : 621.34 Résumé : High resolution finite volume schemes used to predict mass transport and free surface flows utilize limiters such as Minmod, Double Minmod, and Superbee to prevent spurious oscillations commonly associated with second order accurate schemes. These Limiters effectively switch between the classical Lax Wendroff, Warming Beam, and Fromm schemes, or amplified versions of these schemes that artificially increase gradient magnitudes to minimize damping of high frequency solution components. A Von Neumann analysis illustrates that gradient or slope amplification reduces numerical dissipation, but also increases the phase error and should therefore be cautiously used. The Double Minmod limiter closely mimics the Fromm scheme and possesses better phase accuracy than the Minmod and Superbee limiters. Near sharp solution gradients, slope amplification used by the Double Minmod and Superbee limiters reduces artificial smearing. The Minmod limiter does not use slope amplification and therefore yields the most solution smearing. Results of model tests show that the combined attributes of the Double Minmod limiter yield more accurate predictions of mass transport and circulation zones in shallow water than those of other limiters such as Minmod and superbee. Les arrangements finis de haute résolution de volume prévoyaient que le transport de masse et les écoulements extérieurs libres utilisent des limiteurs tels que Minmod, double Minmod, et Superbee pour empêcher de fausses oscillations généralement liées aux arrangements précis du second degré. Ces limiteurs commutent efficacement entre le Wendroff relâché classique, les arrangements de chauffage de faisceau, et de Fromm, ou les versions amplifiées de ces arrangements qui augmentent artificiellement des grandeurs de gradient pour réduire au minimum l'atténuation des composants à haute fréquence de solution. Une analyse de Neumann de Von illustre que l'amplification de gradient ou de pente réduit la dissipation numérique, mais également augmente l'erreur de phase et devrait donc être avec précaution employée. Le double limiteur de Minmod imite étroitement l'arrangement de Fromm et possède une meilleure exactitude de phase que les limiteurs de Minmod et de Superbee. Près des gradients pointus de solution, l'amplification de pente employé par les doubles limiteurs de Minmod et de Superbee réduit le barbouillage artificiel. Le limiteur de Minmod n'emploie pas l'amplification de pente et ne rapporte pas donc la plupart de barbouillage de solution. Les résultats des essais modèles prouvent que les attributs combinés des prévisions plus précises de rendement de limiteur de Minmod de double des zones de masse de transport et de circulation dans l'eau peu profonde que ceux d'autres limiteurs tels que Minmod et superbee.

Integration of a shallow water model with a local time step / Sanders Brett F. in Journal of hydraulic research, Vol. 46 n°4 (2008) 

Public ISBD [article]  in Journal of hydraulic research > Vol. 46 n°4 (2008) . - pp. 446-475 Titre : Integration of a shallow water model with a local time step Titre original : Intégration d'un modèle en eau peu profonde avec un pas de temps local Type de document : texte imprimé Auteurs : Sanders Brett F., Auteur Article en page(s) : pp. 446-475 Note générale : Hydraulique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Dam-break  Finite  volume  Flood  modeling  Local  time  stepping  Shallow-water  equations 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 Local Time Stepping (LTS) scheme was applied to an explicit Godunov-type shallow-water model to improve run-time efficiency. Using LTS, the solution in each cell is advanced with the largest power of two multiple of the global time step required for stability, Δt, that satisfies the local criterion for stability. A careful sequencing of flux calculations and solution updates ensures conservation. Test problems including practical applications show that LTS achieves run-time reductions ranging from 50 to 70% without loss of accuracy. In addition, a four level scheme that coordinates time steps of Δt, 2Δt, 4Δt, and 8Δt performs best in idealized and practical test problems considered for this study. Additional levels achieve no further reduction in run time, and in some cases cause instability and deteriorate conservation. Un schéma de progression locale du temps (LTS) a été appliqué à un modèle de type Godounov explicite en eau peu profonde pour améliorer les performances d'exécution. En utilisant le LTS, la solution dans chaque cellule est avancée avec la plus grande puissance de 2 multiple du pas de temps global exigé pour la stabilité, At, qui satisfait le critère local de stabilité. Un séquencement soigneux des calculs de flux et des mises à jour de solution assure la conservation. Les cas tests comprenant des applications pratiques prouvent que le LTS réalise des réductions d'exécution de 50 à 70% sans perte de précision. En outre, un schéma à quatre niveaux qui coordonne les pas de temps At, 2Δt, 4Δt, et Δt est meilleur dans les cas tests théoriques et pratiques considérés dans cette étude. Des niveaux supplémentaires ne réalisent aucune autre réduction de temps d'exécution, et dans certains cas créent des instabilités et détériorent la conservation. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com [article] Integration of a shallow water model with a local time step = Intégration d'un modèle en eau peu profonde avec un pas de temps local [texte imprimé] / Sanders Brett F., Auteur . - pp. 446-475. Hydraulique Langues : Anglais (eng) in Journal of hydraulic research > Vol. 46 n°4 (2008) . - pp. 446-475 Mots-clés : Dam-break  Finite  volume  Flood  modeling  Local  time  stepping  Shallow-water  equations 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 Local Time Stepping (LTS) scheme was applied to an explicit Godunov-type shallow-water model to improve run-time efficiency. Using LTS, the solution in each cell is advanced with the largest power of two multiple of the global time step required for stability, Δt, that satisfies the local criterion for stability. A careful sequencing of flux calculations and solution updates ensures conservation. Test problems including practical applications show that LTS achieves run-time reductions ranging from 50 to 70% without loss of accuracy. In addition, a four level scheme that coordinates time steps of Δt, 2Δt, 4Δt, and 8Δt performs best in idealized and practical test problems considered for this study. Additional levels achieve no further reduction in run time, and in some cases cause instability and deteriorate conservation. Un schéma de progression locale du temps (LTS) a été appliqué à un modèle de type Godounov explicite en eau peu profonde pour améliorer les performances d'exécution. En utilisant le LTS, la solution dans chaque cellule est avancée avec la plus grande puissance de 2 multiple du pas de temps global exigé pour la stabilité, At, qui satisfait le critère local de stabilité. Un séquencement soigneux des calculs de flux et des mises à jour de solution assure la conservation. Les cas tests comprenant des applications pratiques prouvent que le LTS réalise des réductions d'exécution de 50 à 70% sans perte de précision. En outre, un schéma à quatre niveaux qui coordonne les pas de temps At, 2Δt, 4Δt, et Δt est meilleur dans les cas tests théoriques et pratiques considérés dans cette étude. Des niveaux supplémentaires ne réalisent aucune autre réduction de temps d'exécution, et dans certains cas créent des instabilités et détériorent la conservation. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com

Performance of High-Resolution, Nonlevel Bed, Shallow-Water Models / Bradford, Scott F. in Journal of engineering mechanics, Vol.131, N°10 (Octobre 2005) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol.131, N°10 (Octobre 2005) . - 1073-1081 p. Titre : Performance of High-Resolution, Nonlevel Bed, Shallow-Water Models Titre original : Exécution à Haute Résolution, Lit de Nonlevel, Modèles du Peu Profond-Eau Type de document : texte imprimé Auteurs : Bradford, Scott F., Auteur ; Sanders Brett F., Auteur ; Teng, Michelle H., Editeur scientifique Article en page(s) : 1073-1081 p. Note générale : Hydraulique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Shallow  waters  Simulation  Water  flow  Hydraulic  models  Eaux  peu  profondes  Ecoulement  de  l'eau  Simulation  Modèles  hydrauliques Index. décimale : 620 Essais des matériaux. Matériaux commerciaux. Station génératrice d'énergie. Economie de l'énergie Résumé : Several techniques are investigated for extending Roe's finite volume method to second-order spatial and temporal accuracy in order to better simulate shallow water flow over nonlevel beds. Specifically, methods reported in the literature for limiting and reconstructing dependent variables, discretizing source terms, and time stepping are examined.Steady subcritical and supercritical flow as well as unsteady flow over nonlevel beds is simulated in order to evaluate each methods'performance in terms of error and computational effort. There is not a single method which minimizes error and computational effort all test cases. On the contrary, methods that perform best in one application may be suboptimal in another. A General purpose modeling approach that balances accuracy against computational effort is identified and recommended. Plusieurs techniques sont étudiées pour la méthode finie du volume des oeufs de poisson se prolongeant à l'exactitude spatiale et temporelle de second ordre afin de simuler mieux l'écoulement peu profond de l'eau au-dessus des lits de nonlevel. Spécifiquement, les méthodes rapportées dans la littérature pour limiter et reconstruire des variables dépendentes, des limites de discrétisation de source, et progression de temps sont écoulement sous-critique et supercritique éxaminés.Régulier, comme les lits finis de nonlevel d'écoulement instable est simulé afin d'évaluer chaque methode de performance en termes d'erreur et effort informatique. Il n'y a pas une méthode simple qui réduit au minimum l'erreur et l'effort informatique tous les cas d'essai. Au contraire, les méthodes qui exécutent mieux dans une application peuvent être suboptimales dans des autres. Un usage universel modelant l'approche qui équilibre l'exactitude contre l'effort informatique est identifié et recommandé. En ligne : bradford@nrl.navy.mil, [article] Performance of High-Resolution, Nonlevel Bed, Shallow-Water Models = Exécution à Haute Résolution, Lit de Nonlevel, Modèles du Peu Profond-Eau [texte imprimé] / Bradford, Scott F., Auteur ; Sanders Brett F., Auteur ; Teng, Michelle H., Editeur scientifique . - 1073-1081 p. Hydraulique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol.131, N°10 (Octobre 2005) . - 1073-1081 p. Mots-clés : Shallow  waters  Simulation  Water  flow  Hydraulic  models  Eaux  peu  profondes  Ecoulement  de  l'eau  Simulation  Modèles  hydrauliques Index. décimale : 620 Essais des matériaux. Matériaux commerciaux. Station génératrice d'énergie. Economie de l'énergie Résumé : Several techniques are investigated for extending Roe's finite volume method to second-order spatial and temporal accuracy in order to better simulate shallow water flow over nonlevel beds. Specifically, methods reported in the literature for limiting and reconstructing dependent variables, discretizing source terms, and time stepping are examined.Steady subcritical and supercritical flow as well as unsteady flow over nonlevel beds is simulated in order to evaluate each methods'performance in terms of error and computational effort. There is not a single method which minimizes error and computational effort all test cases. On the contrary, methods that perform best in one application may be suboptimal in another. A General purpose modeling approach that balances accuracy against computational effort is identified and recommended. Plusieurs techniques sont étudiées pour la méthode finie du volume des oeufs de poisson se prolongeant à l'exactitude spatiale et temporelle de second ordre afin de simuler mieux l'écoulement peu profond de l'eau au-dessus des lits de nonlevel. Spécifiquement, les méthodes rapportées dans la littérature pour limiter et reconstruire des variables dépendentes, des limites de discrétisation de source, et progression de temps sont écoulement sous-critique et supercritique éxaminés.Régulier, comme les lits finis de nonlevel d'écoulement instable est simulé afin d'évaluer chaque methode de performance en termes d'erreur et effort informatique. Il n'y a pas une méthode simple qui réduit au minimum l'erreur et l'effort informatique tous les cas d'essai. Au contraire, les méthodes qui exécutent mieux dans une application peuvent être suboptimales dans des autres. Un usage universel modelant l'approche qui équilibre l'exactitude contre l'effort informatique est identifié et recommandé. En ligne : bradford@nrl.navy.mil,