روش جفت شده ضعيف براي مدل سازي رسوب كف بر اساس روش ريمن تقويت شده

A weakly coupled scheme for modelling bedload sediment transport using an augmented Riemann solver

در تحقيق حاضر به منظور مدل سازي انتقال رسوب بستر، از يك روش حجم محدودگودونوف استفاده مي شود. معادلات به كار گرفته شده در اين مدل سازي شامل معادلات آب كم عمق براي شبيه سازي رفتار هيدروديناميك و نيز معادله رسوب براي شبيه سازي تغييرات مورفوديناميك مي باشند. سپس اين دو مجموعه از معادلات توسط روش ريمن تقويت شده بر اساس يك روش جفت شده ضعيف، حل مي گردند. درروش جفت شده ضعيف ابتدا معادله رسوب حل مي گردد و سپس نتايج به روز شده تغييرات پروفيل رسوب به صورت عبارت منبع در معادلات آب كم عمق با استفاده از يك ساختار ريمان مشابه به كار گرفته مي شود. روش عددي موردنظر ابتدا براي شبيه سازي نمونه آزمايشي انتقال لايه رسوب سهموي، استفاده شد و نتايج به دست آمده با داده هاي آزمايشگاهي در دسترس صحت سنجي گرديد. سپس انتقال يك توده رسوب با شرايط اوليه زير بحراني كه شرايط برخورد ملايم و شديد بين سطح آب و رسوب كف ايجاد مي نمايد، در نظر گرفته گرديد. نتايج حاصل از اين پژوهش بيانگر آن است كه روش جفت شده ضعيف كه بر مبناي روش ريمن تقويت شده، توسعه يافته است، قابليت مدل سازي تمامي شرايط انتقال رسوب با دقت بالا را دارا مي باشد و تطابق بسيار خوبي با حل هاي مرجع يا تحليلي در نمونه هاي آزمايشي براي انواع جريان ها دارد.

In this paper a Godunov-type finite volume method is used for the solution of bedload sediment transport dynamics. The utilised equations for this modelling comprise the shallow water equations used for the hydrodynamic phase and also the Exner equation applied for the morphodynamic variations. These set of equations are then solved using a weakly-coupled scheme based on an augmented Riemann solver. In this approach the morphodynamic equation is first solved and the updated bedload changes with the same Riemann structure are used as a source term within the shallow water equations. The proposed numerical model is first used for the simulation of the parabolic sediment layer and the obtained numerical results are validated with the exact solution. Then, a bedload hump propagation with an initial subcritical condition which is able to create both mild and strong sediment and free-surface interactions is considered and the computed results are compared with the reference solution. These numerical results indicate that the defined weakly coupled method developed based on an augmented Riemann technique is able to be used for modelling bedload sediment transport for all flow regimes and exhibits a very good agreement with analytical or reference solutions for the given test cases.