[article]
| Titre : |
Computation of shallow wakes with the fractional step finite element method |
| Titre original : |
Calcul des sillages peu profonds par la méthode des pas fractionnaires en éléments finis |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Chunbo Jiang, Auteur ; Chen Yang, Auteur ; Dongfang Liang, Auteur |
| Article en page(s) : |
pp. 127-136 |
| Note générale : |
Hydraulique |
| Langues : |
Anglais (eng) |
| Mots-clés : |
Finiteelement method Fractional step PIV Shallow wake Turbulent model |
| 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 depth-integrated shallow-water equations are used to simulate shallow wake flow around a solid plate-like obstacle. Influences of different terms in the equations are analyzed by normalizing the momentum equation. A fractional step finite element method is used to discretize the shallow-water equations with third-order accuracy and uniform Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) property. The established numerical model is used to simulate the shallow wake in three typical cases and the computational flow fields are compared with digital Particle Image Velocimetry (PIV) measurements and flow visualization pictures. Three turbulence models are considered: The results of the standard k-ε model agree with the experimental results better than those of zero equation and sub-depth scale turbulence models. Furthermore, the results of the simulation also show that it is the wake stability parameter that mainly controls the flow patterns of shallow wakes.
Les équations moyennées en hauteur des écoulements en faible profondeur sont utilisées pour simuler le sillage autour d'une plaque solide. Les influences des différents termes des équations sont analysées en normalisant l'équation de quantité de mouvement. Ces équations sont discrétisées par une méthode de pas fractionnaire en éléments finis avec une précision au troisième ordre et la propriété uniforme de Courant-Friedrichs-Lewy (CFL). Le modèle numérique ainsi établi est utilisé pour simuler un sillage en faible profondeur dans trois cas typiques. Les champs d'écoulement calculés sont comparés aux mesures de vitesses obtenues en Vélocimétrie par Image de Particules (PIV) et aux images de visualisation d'écoulement. Trois modèles de turbulence sont considérés: Les résultats du modèle k-e standard sont plus conformes aux résultats expérimentaux que ceux des modèles de turbulence à zéro équation et d'échelle de sous-profondeur. En outre, les résultats de la simulation prouvent aussi que c'est le paramètre de stabilité du sillage qui commande principalement les configurations d'écoulement dans les sillages peu profonds.
|
| DEWEY : |
627 |
| ISSN : |
0022-1686 |
| En ligne : |
http://www.journalhydraulicresearch.com |
in Journal of hydraulic research > Vol. 47 N°1 (2009) . - pp. 127-136
[article] Computation of shallow wakes with the fractional step finite element method = Calcul des sillages peu profonds par la méthode des pas fractionnaires en éléments finis [texte imprimé] / Chunbo Jiang, Auteur ; Chen Yang, Auteur ; Dongfang Liang, Auteur . - pp. 127-136. Hydraulique Langues : Anglais ( eng) in Journal of hydraulic research > Vol. 47 N°1 (2009) . - pp. 127-136
| Mots-clés : |
Finiteelement method Fractional step PIV Shallow wake Turbulent model |
| 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 depth-integrated shallow-water equations are used to simulate shallow wake flow around a solid plate-like obstacle. Influences of different terms in the equations are analyzed by normalizing the momentum equation. A fractional step finite element method is used to discretize the shallow-water equations with third-order accuracy and uniform Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) property. The established numerical model is used to simulate the shallow wake in three typical cases and the computational flow fields are compared with digital Particle Image Velocimetry (PIV) measurements and flow visualization pictures. Three turbulence models are considered: The results of the standard k-ε model agree with the experimental results better than those of zero equation and sub-depth scale turbulence models. Furthermore, the results of the simulation also show that it is the wake stability parameter that mainly controls the flow patterns of shallow wakes.
Les équations moyennées en hauteur des écoulements en faible profondeur sont utilisées pour simuler le sillage autour d'une plaque solide. Les influences des différents termes des équations sont analysées en normalisant l'équation de quantité de mouvement. Ces équations sont discrétisées par une méthode de pas fractionnaire en éléments finis avec une précision au troisième ordre et la propriété uniforme de Courant-Friedrichs-Lewy (CFL). Le modèle numérique ainsi établi est utilisé pour simuler un sillage en faible profondeur dans trois cas typiques. Les champs d'écoulement calculés sont comparés aux mesures de vitesses obtenues en Vélocimétrie par Image de Particules (PIV) et aux images de visualisation d'écoulement. Trois modèles de turbulence sont considérés: Les résultats du modèle k-e standard sont plus conformes aux résultats expérimentaux que ceux des modèles de turbulence à zéro équation et d'échelle de sous-profondeur. En outre, les résultats de la simulation prouvent aussi que c'est le paramètre de stabilité du sillage qui commande principalement les configurations d'écoulement dans les sillages peu profonds.
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| DEWEY : |
627 |
| ISSN : |
0022-1686 |
| En ligne : |
http://www.journalhydraulicresearch.com |
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