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Auteur Brett F. Sanders |
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Impact of Limiters on Accuracy of High-Resolution Flow and Transport Models / Brett F. Sanders in Journal of engineering mechanics, Vol. 132 N°1 (Janvier 2006)
[article]
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 : Brett F. Sanders, Auteur ; Bradford, Scott F., Auteur ; Teng, Michelle H., Éditeur scientifique Année de publication : 2006 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 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.
in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°1 (Janvier 2006) . - 87-98 p.[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] / Brett F. Sanders, Auteur ; Bradford, Scott F., Auteur ; Teng, Michelle H., Éditeur scientifique . - 2006 . - 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 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.
Exemplaires
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité aucun exemplaire Integration of a shallow water model with a local time step / Brett F. Sanders in Journal of hydraulic research, Vol. 46 n°4 (2008)
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[article]
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 : Brett F. Sanders, 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
in Journal of hydraulic research > Vol. 46 n°4 (2008) . - pp. 446-475[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] / Brett F. Sanders, 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 Exemplaires
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité aucun exemplaire Performance of High-Resolution, Nonlevel Bed, Shallow-Water Models / Bradford, Scott F. in Journal of engineering mechanics, Vol.131, N°10 (Octobre 2005)
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[article]
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 ; Brett F. Sanders, Auteur ; Teng, Michelle H., Éditeur scientifique Année de publication : 2005 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 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,
in Journal of engineering mechanics > Vol.131, N°10 (Octobre 2005) . - 1073-1081 p.[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 ; Brett F. Sanders, Auteur ; Teng, Michelle H., Éditeur scientifique . - 2005 . - 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 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, Exemplaires
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité aucun exemplaire Structural damage prediction in a high-velocity urban dam-break flood / Humberto A. Gallegos in Journal of engineering mechanics, Vol. 138 N° 10 (Octobre 2012)
[article]
Titre : Structural damage prediction in a high-velocity urban dam-break flood : Field-sale assessment of predictive skill Type de document : texte imprimé Auteurs : Humberto A. Gallegos, Auteur ; Jochen E. Schubert, Auteur ; Brett F. Sanders, Auteur Année de publication : 2012 Article en page(s) : pp.1249–1262. Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Dam-break flood Urban flooding Structural damage LiDAR Predictive skill Uncertainty Résumé : Dam safety and flood risk management programs are dependent on damage predictions that are difficult to validate and subject to considerable uncertainty. The 1963 Baldwin Hills dam-break flood caused high-velocity flows exceeding 5 m/s and structural failure of 41 wood-framed residences built in the mid-1940s, 16 of which were completely washed out. The flood is revisited here to examine the predictive skill and variability of established structural damage models when coupled with a hydraulic flood model that predicts parcel-scale depths and velocities. Two-way coupling is introduced so that predictions of structural failure affect localized flood predictions, which in turn affects damage predictions, in contrast to one-way coupling where structural failure has no impact on flood predictions. Two damage states defined by structural failure (Level 2) and washout (Level 3) are considered, along with 10 different structural damage models. One damage model considers flood depth alone, while the remaining nine consider a combination of depth and velocity defined by a constant discharge, energy, or force. Two-way coupling is shown to yield predictions with ∼30% higher skill and 10% higher false alarms than one-way coupled models. Hence, there is a tradeoff between skill and false alarms that favors two-way coupling. Predictive skill is also shown to be sensitive to the structural damage classification and the damage model. Depth-based damage predictions yield low predictive skill as expected; however, across the nine velocity-based damage models, skill varies from 50 to 78% for structural failure and from 79 to 95% for washout. These results reveal a similar level of predictive uncertainty from the hydraulic model implementation, damage model, and damage classification. Results also point to flow force as a good predictor of both moderate (Level 2) and severe (Level 3) levels of damage. Through calibration, force thresholds of 0.75 and 9.5 m3/s2 are found to maximize model skill at 85 and 95% for Level 2 and 3 damage, respectively, and these values compare well with previously published thresholds for similar building types. Finally, the results reveal a model bias toward a relatively wide damage zone compared with the observations; therefore, the high skill predictions are accompanied by a high rate of false alarms. ISSN : 0733-9399
in Journal of engineering mechanics > Vol. 138 N° 10 (Octobre 2012) . - pp.1249–1262.[article] Structural damage prediction in a high-velocity urban dam-break flood : Field-sale assessment of predictive skill [texte imprimé] / Humberto A. Gallegos, Auteur ; Jochen E. Schubert, Auteur ; Brett F. Sanders, Auteur . - 2012 . - pp.1249–1262.
Mécanique appliquée
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 138 N° 10 (Octobre 2012) . - pp.1249–1262.
Mots-clés : Dam-break flood Urban flooding Structural damage LiDAR Predictive skill Uncertainty Résumé : Dam safety and flood risk management programs are dependent on damage predictions that are difficult to validate and subject to considerable uncertainty. The 1963 Baldwin Hills dam-break flood caused high-velocity flows exceeding 5 m/s and structural failure of 41 wood-framed residences built in the mid-1940s, 16 of which were completely washed out. The flood is revisited here to examine the predictive skill and variability of established structural damage models when coupled with a hydraulic flood model that predicts parcel-scale depths and velocities. Two-way coupling is introduced so that predictions of structural failure affect localized flood predictions, which in turn affects damage predictions, in contrast to one-way coupling where structural failure has no impact on flood predictions. Two damage states defined by structural failure (Level 2) and washout (Level 3) are considered, along with 10 different structural damage models. One damage model considers flood depth alone, while the remaining nine consider a combination of depth and velocity defined by a constant discharge, energy, or force. Two-way coupling is shown to yield predictions with ∼30% higher skill and 10% higher false alarms than one-way coupled models. Hence, there is a tradeoff between skill and false alarms that favors two-way coupling. Predictive skill is also shown to be sensitive to the structural damage classification and the damage model. Depth-based damage predictions yield low predictive skill as expected; however, across the nine velocity-based damage models, skill varies from 50 to 78% for structural failure and from 79 to 95% for washout. These results reveal a similar level of predictive uncertainty from the hydraulic model implementation, damage model, and damage classification. Results also point to flow force as a good predictor of both moderate (Level 2) and severe (Level 3) levels of damage. Through calibration, force thresholds of 0.75 and 9.5 m3/s2 are found to maximize model skill at 85 and 95% for Level 2 and 3 damage, respectively, and these values compare well with previously published thresholds for similar building types. Finally, the results reveal a model bias toward a relatively wide damage zone compared with the observations; therefore, the high skill predictions are accompanied by a high rate of false alarms. ISSN : 0733-9399 Exemplaires
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité aucun exemplaire