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À propos de Telemac3d

Telemac3d résout les équations Navier-Stokes le long d’une grille de calcul tridimensionnelle (3d) en utilisant un schéma d’éléments finis. Telemac3d monte le maillage tétraédral 3d d’un maillage triangulaire 2d dans un nombre défini par l’utilisateur de couches verticales. Le nombre de couches verticales à utiliser est défini dans le fichier de direction TELEMAC (CAS).

Simulations stationnaires 3d avec Telemac

Ce tutoriel montre comment une décharge régulière peut être simulée avec Telemac3d en utilisant le format de géométrie SLF. Le tutoriel s’appuie sur la simulation stable2d de la décharge 35-m3^3/s et nécessite les données suivantes des tutoriels pre-processing et steady2d, qui peuvent être téléchargés en cliquant sur les noms de fichiers :

Envisagez de sauvegarder les fichiers dans un nouveau dossier, comme /steady3d-tutorial/.

Réutiliser le modèle 2d

La simulation des flux de phénomènes de flux 3d nécessite l’adaptation de mots-clés et de mots-clés supplémentaires (par exemple, pour lier les fichiers de limites liquides) dans le fichier de direction (*.cas) à partir du tutoriel stabilisate2d (télécharger stabilisate2d.cas).

Fichier de direction

This tutorial features a steady, hydrodynamic model with an inflow rate of 35 m3^3/s (prescribed upstream flow rate boundary) and an outflow depth of 2 m (prescribed downstream elevation). The simulation uses 5 vertical layers that constitute a numerical grid of prisms. 3d outputs of U (x-direction), V (y-direction), and W (z-direction) velocities, as well as the elevation Z, are written to a file named r3dsteady.slf. 2d outputs of depth-averaged U velocity (x-direction), depth-averaged V velocity (y-direction), and water depth h are written to a file named r2d3dsteady.slf.

Le bloc de code ci-dessous montre le fichier de direction t3d_flume.cas et les détails de chaque paramètre sont fournis après le bloc de code. Le caractère slash / commente les lignes (c.-à-d., TELEMAC ignorera tout ce qui est dans une ligne le caractère /). Le caractère : sépare VARIABLE NAME et VALUEs. Alternativement à :, un signe = peut être utilisé. Le &ETA à la fin du fichier fait imprimer TELEMAC une liste de mots clés appliqués (dans la routine DAMOCLES).

Environnement de calcul

Les descriptions suivantes se réfèrent à la section 3 du Manuel Telemac3d.

L’environnement de calcul définit un titre** (par exemple, TELEMAC 3D FLUME). Les paramètres les plus importants concernent les fichiers input:

Le output peut être défini avec les mots clés suivants:

En outre, le paramètre MASS-BALANCE : YES affichera les flux de masse et les erreurs dans la région de calcul, qui est un paramètre important pour vérifier la plausibilité du modèle.

Paramètres généraux

Les descriptions suivantes se réfèrent à la section 3.2 du Manuel de Telemac3d.

Les paramètres Généraux spécifient les paramètres temps et emplacement pour la simulation:

Modifier les paramètres de temps pour examiner l’effet dans la simulation plus tard.

Paramètres numériques

Les descriptions suivantes se réfèrent à la section 6 du Manuel Telemac3d.

Cette section définit les paramètres numériques internes pour les résolveurs Advection et Diffusion.

Dans Telemac3d, il est recommandé d’utiliser ce qu’on appelle le schéma de correction de la distribution (PSI) (lire plus au dépôt d’ingénierie hydraulique de la BAW) avec une implication locale pour les plates-formes de marée (pour la vitesse, les traceurs et le k-epsilon) :

Ces valeurs (5 pour le schéma et 4 pour l’option du schéma) sont des valeurs par défaut depuis v8p1, mais il est tout de même logique de définir ces paramètres pour permettre la compatibilité arrière du fichier de pilotage. Si l’on peut exclure l’apparition d’un raz-de-marée (notez que déjà un peu d’eau en amont d’une barrière peut représenter un raz-de-marée), le SCHEME OPTIONS peut généralement définir 2 pour accélérer la simulation.

Comme Advection, les mots-clés ci-dessus peuvent être utilisés pour définir les étapes Diffusion (remplacez ADVECTION avec DIFFUSION dans les mots-clés), où une valeur de 0 peut être utilisée pour passer outre la valeur par défaut de 1 et désactiver la diffusion.

Le mot-clé SUPG OPTION (Streamline Upwind Petrov Galerkin) contrôle si le remontage s’applique et quel type de remontage est utilisé. Depuis v9.0, ce mot-clé prend un entier ** simple** (versions antérieures ont accepté une liste de quatre éléments; ce formulaire n’est plus valide):

Pour en savoir plus, consultez la section 6.2.2 du Manuel Telemac3d.

Une autre option pour accélérer la mise en place est de permettre la mise en masse pour la diffusion, la profondeur et/ou les caractéristiques faibles. La mise en masse entraîne une convergence plus rapide, mais elle introduit une dispersion artificielle des résultats, raison pour laquelle les développeurs de TELEMAC découragent la mise en masse. Le steady3d.cas comprend les mots-clés pour la masse, bien qu’ils soient désactivés par le / au début de la ligne.

Les paramètres d’implicitation (IMPLICITATION FOR DEPTH et IMPLICITATION FOR VELOCITIES) doivent être définis entre 0,55 et 0,60 (par défaut 0,55 depuis v8p1) et contrôler le degré de pondération du temps dans la discrétisation. IMPLICITATION FOR DIFFUSION est défini à 1.0 par défaut. Pour en savoir plus, consultez la section 6.4 du Manuel Telemac3d.

Le paramètre FREE SURFACE GRADIENT COMPATIBILITY peut être utilisé pour augmenter la stabilité du modèle. Sa valeur par défaut est 1.0, mais elle peut être réduite à 0.1 pour supprimer les oscillations fallacieuses dans les modèles avec des gradients bathymétriques abrupts.

Pour l’hydraulique fluviale, il est recommandé d’activer la correction de pression non hydrostatique : NON-HYDROSTATIC VERSION : YES. Cela ajoute une équation de Poisson (PPE) à chaque étape, dont le solveur est contrôlé par SOLVER FOR PPE, OPTION OF SOLVER FOR PPE, ACCURACY FOR PPE, MAXIMUM NUMBER OF ITERATIONS FOR PPE et PRECONDITIONING FOR PPE. Le résolveur par défaut du fichier CAS (7, GMRES) et la cible de précision de 1.E-4 sont appropriés pour la plupart des modèles de rivière. Pour en savoir plus sur les paramètres du solveur à la section 6.5 du Manuel Telemac3d.

Paramètres verticaux (3d)

Les descriptions suivantes se rapportent à la section 4.1 du Manuel de Télémac3d.

Telemac3d ajoutera Les niveaux horizontaux (c.-à-d. les couches) qui correspondent à des copies du 2d-mesh pour construire un 3d-mesh de prismes (par défaut) ou tétraèdres. Ces paramètres peuvent être définis par:

Pour commencer par écrire des sous-routines (ce n’est pas magique non plus), regardez l’exemple bottom bc (~/telemac/v9.0.0/examples/telemac3d/bottom_bc/). En particulier, examiner le fichier fortran de l’utilisateur /user_fortran-source/user_mesh_transf.f et son appel dans le fichier de pilotage t3d_bottom_source.cas à travers la définition du mot-clé FORTRAN FILE et le réglage de MESH TRANSFORMATION : 2.

Limites ouvertes (Liquid)

Les descriptions suivantes se réfèrent à la section 4.2 du Manuel Telemac3d.

Les paramètres pour Conditions limites permettent de définir les lois sur la rugosité et les propriétés des limites des liquides.

En ce qui concerne la rugosité, les développeurs de TELEMAC recommandent d’utiliser la loi de rugosité Nikuradse (1933) en 3d (numéro 5), car tous les autres ne sont pas significatifs ou ne sont pas intégralement mis en œuvre dans la version 3d. Pour appliquer la loi Nikuradse (1933) rugosité au bas et les limites utiliser:

Les définitions de la limite de liquide pour PRESCRIBED FLOWRATES et PRESCRIBED ELEVATIONS correspondent aux définitions de la limite ** en aval** de la ligne 2 et de la limite ** en amont** de la ligne 3. À partir du fichier des limites, TELEMAC comprendra la limite en aval comme numéro de bord 1 (premier élément de liste) et la limite en amont comme numéro de bord 2 (deuxième élément de liste). Ainsi:

La valeur 0. pour l’eau n’a pas de sens physiquement à la limite amont, mais parce qu’elle n’a pas de sens, et parce que le fichier limite (boundaries.cli) définit seulement (* prescris*) un débit (en définissant LIUBOR et LIVBOR à 5), TELEMAC ignorera la profondeur zéro-eau à la limite amont.

Au lieu d’une liste dans le fichier de direction *.cas, les conditions de limite liquide peuvent également être définies avec un fichier de limite liquide en format texte ASCII. À cette fin, il est possible de définir un LIQUID BOUNDARIES FILE ou un STAGE-DISCHARGE CURVES FILE (sections 4.3.8 et 4.3.10 du Manuel Telemac3d. Le fichier steady3d.cas inclut ces mots-clés dans la section ENVIRONNEMENT DE COMPUTATION, bien qu’ils soient désactivés par le caractère / au début de la ligne. Un fichier limite liquide (QSL) peut ressembler à ceci :

# t3d_canal.qsl
# time-dependent inflow upstream-discharge Q(2) and outflow downstream-depth SL(1)
T           Q(2)     SL(1)
s           m3/s     m
0.            0.     374.0
500.        100.     375.0
5000.       150.     575.7

Avec un débit prescrit, un profil de vitesse horizontal et vertical peut être prescrit pour toutes les limites de liquide. Avec seulement une limite liquide en aval et une limite liquide en amont (dans cet ordre en fonction du fichier de limite défini ci-dessus), les mots clés du profil de vitesse sont des listes de deux éléments chacun, où la première entrée se réfère au en aval et le deuxième élément aux bords des limites en amont:

Pour en savoir plus sur les options pour définir les profils de vitesse à la section 4.3.12 du Manuel Telemac3d.

Conditions initiales

Les conditions initiales** décrivent la condition au début de la simulation. Ce tutoriel utilise une élévation constante (correspondant à une profondeur d’eau constante) de 2., et permet d’utiliser une estimation initiale de la profondeur d’eau pour accélérer la simulation:

Turbulence

Les descriptions suivantes se réfèrent à la section 5.2 du Manuel de Télémac3d.

Les principes fondamentaux de la turbulence et de son application au Navier-Stokes equations sont expliqués dans le steady Telemac2d tutorial. En 3d, les développeurs de TELEMAC recommandent le modèle kϵk-\epsilon (3) pour la plupart des applications fluviales. Les numéros de modèle suivants sont disponibles pour HORIZONTAL TURBULENCE MODEL et VERTICAL TURBULENCE MODEL:

Le fichier de direction utilise le modèle kϵk-\epsilon pour les directions horizontales et verticales :

Si VERTICAL TURBULENCE MODEL est défini à 2 (longueur mixte), une valeur MIXING LENGTH MODEL peut être attribuée. Depuis v9.0, la valeur par défaut est 3 (Nezu & Nakagawa (1993), recommandé pour le débit fluvial). Une valeur de 1 (longueur de mélange Prandtl) reste disponible et est préférable pour des environnements fortement marémoteurs.

Lancer Telemac3d

Allez dans le dossier de configuration de l’installation locale TELEMAC (par exemple, ~/telemac/v9.0.0/configs/) et lancez l’environnement (par exemple, pysource.openmpi.sh - utilisez la même chose que pour compiler TELEMAC).

cd ~/telemac/v9.0.0/configs
source pysource.openmpi.sh

Avec l’environnement TELEMAC chargé, passez au répertoire où vit la simulation 3d-flume créée ci-dessus (par exemple, /home/telemac/v9.0.0/mysimulations/steady3d-tutorial/) et exécutez le fichier *.cas en appelant le script telemac3d.py.

cd ~/telemac/v9.0.0/mysimulations/steady3d-tutorial/
telemac3d.py steady3d.cas

Par conséquent, un calcul réussi devrait se terminer par les lignes (ou similaires) suivantes dans Terminal :

[...]
                    *************************************
                    *    END OF MEMORY ORGANIZATION:    *
                    *************************************

CORRECT END OF RUN

ELAPSE TIME :
                            10  MINUTES
                            17  SECONDS
... merging separated result files

... handling result files
       moving: r3dsteady.slf
... deleting working dir

My work is done
References
  1. Nikuradse, J. (1933). Strömungsgesetze in rauhen Rohren [Laws of flow in rough pipes]. VDI Forschungsheft, Beilage Zu “Forschung Auf Dem Gebiete Des Ingenieurwesens,” Ausgabe B, Band 4(361), 26.
  2. van Rijn, L. C. (2019). Critical movement of large rocks in currents and waves. International Journal of Sediment Research, 34(4), 387–398. 10.1016/j.ijsrc.2018.12.005
  3. Spalart, P., & Allmaras, S. (1992). A one-equation turbulence model for aerodynamic flows. In 30th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (p. 22). American Institute of Aeronautics. 10.2514/6.1992-439
  4. Nezu, I., & Nakagawa, H. (1993). Turbulence in Open-Channel Flows (1st ed.). Routledge. 10.1201/9780203734902