正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法

周刚; 郑丙辉; 胡德超; 雷坤; 乔飞

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正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法

周刚, 郑丙辉, 胡德超, 雷坤, 乔飞

文章导航 > 水科学进展 > 2011 > 22(4): 523-531

周刚, 郑丙辉, 胡德超, 雷坤, 乔飞. 正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法[J]. 水科学进展, 2011, 22(4): 523-531.

引用本文:

周刚, 郑丙辉, 胡德超, 雷坤, 乔飞. 正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法[J]. 水科学进展, 2011, 22(4): 523-531.

ZHOU Gang, ZHENG Bing-hui, HU De-chao, LEI Kun, QIAO Fei. ELADI finite difference method for 2D shallow water equation in the orthogonal curvilinear coordinate system[J]. Advances in Water Science, 2011, 22(4): 523-531.

Citation:

ZHOU Gang, ZHENG Bing-hui, HU De-chao, LEI Kun, QIAO Fei. ELADI finite difference method for 2D shallow water equation in the orthogonal curvilinear coordinate system[J]. Advances in Water Science, 2011, 22(4): 523-531.

正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法

1.
中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京 100012;
2.
长江科学院河流研究所湖北武汉 430010

基金项目: 水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07526-005;2009ZX07528-003)

详细信息

作者简介:
周刚(1980- ),男,山东莱芜人,博士后,主要从事水力学、河流动力学及计算环境流体力学研究.E-mail:zhougang@craes.org.cn

中图分类号: TV131.2

ELADI finite difference method for 2D shallow water equation in the orthogonal curvilinear coordinate system

1.
State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China;
2.
Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China

Funds: The study is financially supported by the National Wtiter Pollution Control and Management S&T Specific Projects of China(No.2008ZX07526-005;No.2009ZX07528-003)

摘要: N-S方程数值模拟的精度和效率一直是计算流体力学的重要研究课题.结合欧拉-拉格朗日方法(ELM)和交替方向隐式方法(ADI)建立正交曲线坐标系二维浅水方程的ELADI(Eulerian-Lagrangian alternating direction implicit method)有限差分方法,详细阐述了基本原理和离散方法,分析了ELM方法的数值扩散特性,并通过室内水槽和天然河道资料与传统ADI方法进行了验证比较.模拟结果表明,ELADI方法在达到一定计算精度的同时,计算效率显著提高,对于某些算例,比传统ADI方法提高近90%,Courant数可以达到40以上.
- 二维 /
- 正交曲线 /
- 浅水方程 /
- 欧拉-拉格朗日方法 /
- 交替方向隐式方法
Abstract: Accuracy and efficiency are two key factors for the numerical simulation of N-S equations in computational fluid dynamics.In this paper,the Eulerian-Lagrangian alternating direction implicit(ELADI)finite difference method for 2D shallow water equations in orthogonal curvilinear coordinate system is extensively discussed together with the basic principle and discretization methods.The ELADI method combines the alternating direction implicit method (ADI)with the Eulerian-Lagrangian Method(ELM).The numerical diffusivity of the ELM method is analyzed.The ELADI method is compared with traditional methods using the laboratory experiments conducted in a curved flume,as well as field measurements from the Haoxue river bend in the upper,lingjiang Reach of the Yangtze River.The result shows that the ELADI method improves computational efficiency greatly with satisfactory accuracy.For the test case, ELADI even allows the Courant number reaching 40 and reducing the computational cost by 90% compared to the traditional method.
- 2D /
- orthogonal curvilinear /
- shallow water equations /
- Eulerian-Lagrangian method /
- alternating direction implicit method

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正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法

1. 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京 100012;

2. 长江科学院河流研究所湖北武汉 430010

基金项目: 水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07526-005;2009ZX07528-003)

作者简介:
周刚(1980- ),男,山东莱芜人,博士后,主要从事水力学、河流动力学及计算环境流体力学研究.E-mail:zhougang@craes.org.cn

收稿日期: 2010-05-26
修回日期: 2011-07-09
刊出日期: 2011-07-25

中图分类号: TV131.2

关键词:

二维 /

摘要: N-S方程数值模拟的精度和效率一直是计算流体力学的重要研究课题.结合欧拉-拉格朗日方法(ELM)和交替方向隐式方法(ADI)建立正交曲线坐标系二维浅水方程的ELADI(Eulerian-Lagrangian alternating direction implicit method)有限差分方法,详细阐述了基本原理和离散方法,分析了ELM方法的数值扩散特性,并通过室内水槽和天然河道资料与传统ADI方法进行了验证比较.模拟结果表明,ELADI方法在达到一定计算精度的同时,计算效率显著提高,对于某些算例,比传统ADI方法提高近90%,Courant数可以达到40以上.

English Abstract

ELADI finite difference method for 2D shallow water equation in the orthogonal curvilinear coordinate system

1. State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China;

2. Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China

Funds: The study is financially supported by the National Wtiter Pollution Control and Management S&T Specific Projects of China(No.2008ZX07526-005;No.2009ZX07528-003)

Received Date: 2010-05-26
Rev Recd Date: 2011-07-09
Publish Date: 2011-07-25

Keywords:

Abstract: Accuracy and efficiency are two key factors for the numerical simulation of N-S equations in computational fluid dynamics.In this paper,the Eulerian-Lagrangian alternating direction implicit(ELADI)finite difference method for 2D shallow water equations in orthogonal curvilinear coordinate system is extensively discussed together with the basic principle and discretization methods.The ELADI method combines the alternating direction implicit method (ADI)with the Eulerian-Lagrangian Method(ELM).The numerical diffusivity of the ELM method is analyzed.The ELADI method is compared with traditional methods using the laboratory experiments conducted in a curved flume,as well as field measurements from the Haoxue river bend in the upper,lingjiang Reach of the Yangtze River.The result shows that the ELADI method improves computational efficiency greatly with satisfactory accuracy.For the test case, ELADI even allows the Courant number reaching 40 and reducing the computational cost by 90% compared to the traditional method.

周刚, 郑丙辉, 胡德超, 雷坤, 乔飞. 正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法[J]. 水科学进展, 2011, 22(4): 523-531.

引用本文:

周刚, 郑丙辉, 胡德超, 雷坤, 乔飞. 正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法[J]. 水科学进展, 2011, 22(4): 523-531.

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正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法

作者简介: 周刚(1980- ),男,山东莱芜人,博士后,主要从事水力学、河流动力学及计算环境流体力学研究.E-mail:zhougang@craes.org.cn

ELADI finite difference method for 2D shallow water equation in the orthogonal curvilinear coordinate system

计量

出版历程

正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法

1. 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室 北京 100012; 2. 长江科学院河流研究所 湖北武汉 430010

作者简介: 周刚(1980- ),男,山东莱芜人,博士后,主要从事水力学、河流动力学及计算环境流体力学研究.E-mail:zhougang@craes.org.cn

English Abstract

ELADI finite difference method for 2D shallow water equation in the orthogonal curvilinear coordinate system

1. State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China; 2. Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China

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作者简介:
周刚(1980- ),男,山东莱芜人,博士后,主要从事水力学、河流动力学及计算环境流体力学研究.E-mail:zhougang@craes.org.cn

1. 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京 100012;

2. 长江科学院河流研究所湖北武汉 430010

作者简介:
周刚(1980- ),男,山东莱芜人,博士后,主要从事水力学、河流动力学及计算环境流体力学研究.E-mail:zhougang@craes.org.cn

1. State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China;

2. Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China