Modelopsætning i MIKE3

Der er udført to forsøgsrækker med opblanding af væsker med forskellig densitet. I den første forsøgsrække kunne væskerne frit opblandes efter forsøget start, men væskerne i den anden forsøgsrække kunne kun opblandes gennem en smal spalte i den ene side af forsøgsopstillingen. Der er opsat to modeller i MIKE3 for hver af de to forsøgsrækker, hvor forskellen ligger i at der benyttes to forskellige turbulensmodeller: k-Epsilon og Smagorinsky. Modellerne er navngivet 1a og 1b samt model 2a og 2b, hvor 1 og 2 repræsenterer forsøgstypen og a og b repræsenterer turbulensmodellen.

I det følgende gennemgås opsætningen af de fire modeller. Alle parametrene som nævnes i det følgende, kan findes i MIKE3 parametre.

Geometri og grid

Model 1


Figur III.11.1: Udsnit af 2 dimensionelt grid i MIKE3, model 1a og 1b. Værdien 10 angiver randen, dvs. væggene i kassen, og værdien -0,357 angiver vanddybden i modellen.

Model 1 er sat op i forhold til forsøg 3 i forsøgsrække 1 , hvor der ved forsøgets start er fri åbning mellem de to væsker. I MIKE Zero er der defineret et grid, som har samme dimensioner som den rektangulære kasse fra forsøget. Der er først defineret et to-dimensionelt grid, med 76 celler (dx) gange 21 celler(dy), som er hver 2 cm. Dette giver umiddelbart en kasse der er større end kassen fra forsøget, men i MIKE bruges celler til at definere randbetingelser, dvs. afgrænsning af kassens sider, figur III.11.1. Samtidig angives vandspejlet i de celler som er indenfor kassens rammer. Antallet af lag i kassen defineres først inde i MIKE3, ved at angive antal lag og tykkelsen på disse (dz), der er 20 lag på hver 1,785 cm.

Model 2

Model 2 er sat op i forhold til forsøg 6 i forsøgsrække 2 , hvor de to væsker er adskilt af en plade med en spalteåbning.

Figur III.11.2: Udsnit af 2 dimensionelt grid i MIKE3, model 2a og 2b. Værdien 10 angiver randen, dvs. væggene i kassen, og værdien -0,357 angiver vanddybden i modellen.
Der er på samme måde som for Model 1, defineret et 2-dimensionelt grid med 152 celler (dx) gange 21 celler (dy), med dimensioner på hver celle i dx 1 cm og dy 2 cm. Det er valgt at mindske gridstørrelsen i x-retningen, da pladen med spalten fra forsøget er 1 cm bred. Pladen defineres på samme måde som kassens vægge. Den er placeret i x=77-78 cm, svarende til placeringen af pladen i forsøget, figur III.11.2. Derudover defineres vandspejlet i celler indenfor kassens rammer. Antallet af lag i kassen defineres inde i MIKE3, ved at angive antal lag og tykkelsen på disse (dz), der er 20 lag på hver 1,785 cm.

Fysisk definition

De to modeller er stort set ens i den geometriske udformning, med undtagelse af antallet af celler og størrelse af området de to væsker kan strømme igennem. Definering af resterende parametre er ens for de to modeller, hvorfor de i det følgende omtales generelt.

Der regnes med et ikke hydrostatisk tryk, da densitetsforskellene og strømningen gør at trykket ikke er hydrostatisk.

Under forsøget i kassen vil der være friktion med kassens sider. I modellerne er der indsat en friktion på 0,1 mm.

Afhængig af hvilken turbulensmodel der vælges, fremkommer de respektive konstanter herfor. MIKE3 parametre

Randbetingelser

Randbetingelser for modellerne er afgrænsningen af modelområdet, som er fastsat i forbindelse med opbygningen af griddet. MIKE3 regner automatisk med frit vandspejl.

Startbetingelser


Figur III.11.3: Salinitet som funktion af densitet i MIKE3, model 1 og ved forsøg, ved 11 °C.

Saliniteten er defineret som en startbetingelse. Den er defineret i et 3-dimensionelt grid i MIKE Zero, med de samme antal celler som modelområdets grid. I model 1a og 1b adskilles de to saliniteter ved x=79 cm. I model 2a og 1b er de to væsker adskilt ved x=77-78 cm.

I MIKE3 omregnes saliniteten til en densitet på baggrund af data for havvand. I forsøget er der anvendt NaCl, hvilket gør at densiteten i forsøget og modellerne ikke er ens, figur III.11.3. Dette har indflydelse på sammenligningen af svingningstiden og opblandingsgraden i model og forsøg.

Kontrolpunkter

Under forsøgene blev hastigheden målt i toppen og i bunden af forsøgsopstillingen med en laser. Der er afsat et kontrolpunkt i bunden af model 1a og 1b til sammenligning af hastigheder. Der er kun sammenlignet med de hastigheder der er målt i forsøg 3, da model 1 er opsat efter denne. I disse punkter blev hastigheden udskrevet med et tidsskridt på 1 sek.

Simulering

Det er valgt at benytte et transportskema for simuleringen Quickest Sharp, som kan benyttes når der under simuleringen er stejle salinitetsgradienter.
Der regnes med et tidskridt på 0,02 sek, hvilket giver et couranttal på under 5 i begge modeller, som anbefalet i MIKE3.

[ Til toppen ]
[ Forrige | Næste ]