Boussinesq 近似及静压假定,内外模分离方法(附录A)
0.Formulation of the RANS equations [1]
不可压缩流体控制方程
\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial v}{\partial y}+\frac{\partial w}{\partial z}=0 \cr
\frac{Du}{Dt}-fv=-\frac{1}{\rho}\frac{\partial p}{\partial x}+\frac{\partial }{\partial z} N_z \frac{\partial u}{\partial z} + N_h\Delta u \cr
\frac{Dv}{Dt}+fu=-\frac{1}{\rho}\frac{\partial p}{\partial y}+\frac{\partial }{\partial z} N_z \frac{\partial v}{\partial z} + N_h\Delta v \cr
\frac{Dw}{Dt}=-\frac{1}{\rho}\frac{\partial p}{\partial z}-g+\frac{\partial }{\partial z} N_z \frac{\partial w}{\partial z} + N_h\Delta w \cr
\end{array}\]
其中\(N_z\)为垂向涡粘系数,\(N_h\)为水平涡粘系数,分子粘性系数已忽略。
1.Boussinesq approximation
Boussinesq 近似假定密度在参考密度附近变化不大,即
\]
将控制方程内除了重力之外,所有密度替换为参考密度\(\rho_0\),即
\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial v}{\partial y}+\frac{\partial w}{\partial z}=0 \cr
\rho_0\frac{Du}{Dt}-fv=-\frac{\partial p}{\partial x}+\rho_0(\frac{\partial }{\partial z} N_z \frac{\partial u}{\partial z} + N_h\Delta u) \cr
\rho_0\frac{Dv}{Dt}+fu=-\frac{\partial p}{\partial y}+\rho_0(\frac{\partial }{\partial z} N_z \frac{\partial v}{\partial z} + N_h\Delta v) \cr
\rho_0\frac{Dw}{Dt}=-\frac{\partial p}{\partial z}-\rho g+\rho_0(\frac{\partial }{\partial z} N_z \frac{\partial w}{\partial z} + N_h\Delta w) \cr
\end{array}\]
2.Hydrostic approximation
静压假定包括
- 忽略垂向粘性
- 忽略垂向加速度
此时,垂向方程变为
\]
注意,此时密度并非为参考密度,而是水体总密度。将动量方程沿垂向进行积分,得
\]
\(p_a(x,y)\)为自由表面处大气压强。
将\(\rho(\vec{x},t) = \rho_0 + \rho'(\vec{x},t)\)代入方程,便可得到压力表达式
\]
其中三项分别为正压项,动压项与斜压项。其中\(\rho'(x,y,z,t)\)根据状态方程求得。
Appendix A.Mode Splitting [1]
内外模分离方法主要目的是解决海洋模拟中水平计算最大时间步和垂向计算时间步不匹配的问题。
为了模拟表面重力波,根据CFL准则,最大时间步应满足
\]
而垂向计算所需时间步仅需满足
\]
一般情况下,T_z大约为T_z的10倍以上(FVCOM中推荐取10)。
因此,内外模分离方法主要是解决海洋模拟问题计算过程中,水平尺度和垂直尺度计算时间步不匹配问题。
在水平模拟过程中,由于表面重力波在沿水深方向变化不大,因此可采用垂向积分方程
\frac{\partial D\bar{u}}{\partial x} + \frac{\partial D\bar{v}}{\partial y} + \frac{\partial \zeta}{\partial t}=0 \cr
\frac{\partial \bar{u}}{\partial t}+A_x -fv=-\frac{1}{\rho_0}\frac{\partial p_a}{\partial x} -g \frac{\partial \zeta}{\partial x} -B_x + C_x+ N_h\Delta \bar{u} \cr
\frac{\partial \bar{v}}{\partial t}+A_y -fv=-\frac{1}{\rho_0}\frac{\partial p_a}{\partial y} -g \frac{\partial \zeta}{\partial y} -B_y + C_y + N_h\Delta \bar{v} \cr
\end{array}\]
其中\(D=H+\zeta\)为总水深。
求解内模时将各层流速时将速度分解为
\]
将原始动量方程与垂向积分动量方程作差,可得
\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial v}{\partial y}+\frac{\partial w}{\partial z}=0 \cr
\frac{\partial u'}{\partial t}+ u \frac{\partial u}{\partial x} + v \frac{\partial u}{\partial y}+ w \frac{\partial u}{\partial z} - A_x -fv' = B_x - \frac{g}{\rho_0}\frac{\partial}{\partial x}\int_z^{\zeta}\rho'dz -C_x + N_h\Delta u' \cr
\frac{\partial v'}{\partial t}+ u \frac{\partial v}{\partial x} + v \frac{\partial v}{\partial y}+ w \frac{\partial v}{\partial z} - A_y +fu' = B_y - \frac{g}{\rho_0}\frac{\partial}{\partial y}\int_z^{\zeta}\rho'dz -C_x + N_h\Delta v' \cr
\end{array}\]
根据三个方程,便可求解各层水体流速\(u,v,w\)
Reference
[1] Kowalik Z, Murty T S. Numerical modeling of ocean dynamics[M]. World Scientific, 1993.
Boussinesq 近似及静压假定,内外模分离方法(附录A)的更多相关文章
- CTF中图片隐藏文件分离方法
CTF中图片隐藏文件分离方法 0x01 分析 这里我们以图片为载体,给了这样的一样图片:2.jpg 首先我们需要对图片进行分析,这里我们需要用到kali里面的一个工具 binwalk ,想要了解这 ...
- AsyncTask内的各个方法调用顺序
|- AsyncTask内的各个方法调用顺序:|- 首先,用户调用execute方法,启动AsyncTask .然后在execute方法中:|- 首先调用onPreExecute方法,执行初始化操作. ...
- [C#解惑] #1 在构造函数内调用虚方法
谜题 在C#中,用virtual关键字修饰的方法(属性.事件)称为虚方法(属性.事件),表示该方法可以由派生类重写(override).虚方法是.NET中的重要概念,可以说在某种程度上,虚方法使得多态 ...
- 在String()构造器不存在的情况下自定义一个MyString()函数,实现如下内建String()方法和属性:
在String()构造器不存在的情况下自定义一个MyString()函数,实现如下内建String()方法和属性: var s = new MyString("hello"); s ...
- Flex Array内置排序方法的使用
在Array类中,提供内置的排序方法.排序是在软件开发的过程中,经常遇到的问题.通过这些内置的方法,可以快速轻便的进行排序操作. Array类提供sort方法对Array实例进行排序.sort方法没有 ...
- PHP文章关键词相似短尾长尾内链替换方法介绍
对于互联网程序来说,对文字正文内容做关键词内链优化是常态的工作之一.一方面有人手动来处理关键词内链,这个效率太低:一方面通过程序自动添加内链,这样子也省事而且便于管理: 今天我们探讨的就是给自动给文章 ...
- day29 类中的内置函数方法 __str__ __repr__ __call__ isinstance() issubclass()
__str__()__repr__()__len__() str() 转字符串repr() 让字符原形毕露的方法len() 计算长度 内置的方法很多,但是并不是全部都在object中,比如len(), ...
- python - 类的内置 attr 方法
类的内置 attr 方法 #类的内置 attr 方法: # __getattr__ # __setattr__ # __delattr__ # __getattr__ #到调用一个类不存在数参数时,将 ...
- Python3内置字符串方法详解
官网文档地址:https://docs.python.org/3/library/stdtypes.html#string-methods基于 Python 3.X 版本 str.capitalize ...
随机推荐
- Scrum Meeting 0501
零.说明 日期:2021-5-1 任务:简要汇报两日内已完成任务,计划后两日完成任务 一.进度情况 组员 负责 两日内已完成的任务 后两日计划完成的任务 qsy PM&前端 整装待发,准备冲刺 ...
- Beta发布声明
项目 内容 这个作业属于哪个课程 2021春季软件工程(罗杰 任健) 这个作业的要求在哪里 Beta-发布声明 我们是谁 删库跑路对不队 我们在做什么 题士 进度如何 进度总览 一.功能与特性 1.一 ...
- Spring Cloud Alibaba 介绍及工程准备
简介 SpringCloud Alibaba是阿里巴巴集团开源的一套微服务架构解决方案. 微服务架构是为了更好的分布式系统开发,将一个应用拆分成多个子应用,每一个服务都是可以独立运行的子工程.其中涵盖 ...
- 攻防世界 web5.disabled_button
我觉得戴上手套按应该可以! 方法一: 打开网址,发现flag按钮无法点击,F12查看源代码,删除disabled=" ",flag就点击了. 方法二 POST请求, 先分析一下源代 ...
- 页表 Page tables
逻辑地址与物理地址的转化 页表是由页表项(PTE)组成的数组.512个PTE构成一个页表页(Page-table page). PTE中包含了物理页码(PPN physical page number ...
- objdump--反汇编查看
转载:objdump命令_Linux objdump 命令用法详解:显示二进制文件信息 (linuxde.net) objdump命令 编程开发 objdump命令是用查看目标文件或者可执行的目标文件 ...
- git merge远程合并
当某个分支上的开发工作完成后需要将其合入主分支master 但是在提交合并前我们自己最好做一次衍合,目的是检测是否有冲突的风险,如果有应该在本分支先解决冲突然后在提交合并. 否则解决冲突的工作就全部转 ...
- (转)linux下错误的捕获:errno和strerror的使用,以及perror和strerror的区别
经常在调用linux 系统api 的时候会出现一些错误,比方说使用open() write() creat()之类的函数有些时候会返回-1,也就是调用失败,这个时候往往需要知道失败的原因.这个时候使用 ...
- 第06课 OpenGL 纹理映射
纹理映射: 在这一课里,我将教会你如何把纹理映射到立方体的六个面. 学习 texture map 纹理映射(贴图)有很多好处.比方说您想让一颗导弹飞过屏幕.根据前几课的知识,我们最可行的办法可能是很多 ...
- SQL*Loader-704: Internal error: ulconnect: OCIServerAttach [0] ORA-12541: TNS:no listener
使用/app/oracle/product/11.2.0/bin/sqlldr导入数据报错: 监听没有开启?检查发现监正常 猜测是监听端口不是默认的1521有关系,直接在sid里面加上数据库服务器的i ...