천해모델은 단지 1-유체, 뚜렷한 경계면을 갖는 유동 모델과 함께 사용될 수 있다. 유체 깊이는 z-방향으로 간주되어야 한다. 2개의 셀을 갖는 z-방향 격자를 정의하며 바닥의 셀은 모사 중에 발생할 수 있는 유체의 높이보다도 더 크게 잡는다. 셀 높이는 너무 크지 않아야 하며 그렇지 않으면 벡터나 등고선 그림에 역효과를 준다. Mesh-Cartesian Mesh block 에서 Shallow water mesh block 상자를 체크한다.

Shallow water mesh

Meshing & Geometry Initial Global Fluid initialization 에서 초기 유체 체적 또는 높이를 정의한다. 사용자는 또한 Meshing & Geometry Initial Fluid Regions 에서 유체영역을 정의할 수있다. z-방향에서의 중력가속도는 음의 수를 이용하여 Physics Gravity z component 에서 지정될 필요가 있다.

천해유동 모델은 Physics Shallow water Activate shallow water model 에서 활성화된다. Flow type 아래서 사용자는 유동을 Inviscid, Laminar 또는 Turbulent 로 정의할 수 있다. 층류 유동에서 Vertical viscosity multiplier 는 바닥 전단 응력 평가를 위한 수정인자이다. 수직방향으로의 속도 분포는 보통 천해 유동에서는 해결될 수 없는 비선형이며 이는 필요한 변수이다. 디폴트값은 1.5이며 정상 전단유동의 2차속도분포도에 해당한다. Vertical viscosity multiplier 의 다른 값을 사용하기 위해 입력상자에서 이를 간단히 정의한다.

Shallow water

천해 유동이 난류이면 FLOW-3D 는 바닥 전단응력 계산에 2차식을사용한다

{\overset{\lower0.5em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle\rightharpoonup}$}} {\tau } _b} = \rho {C_D}\left| {\overset{\lower0.5em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle\rightharpoonup}$}} {u} } \right|\overset{\lower0.5em\hbox{$\smash{\scriptscriptstyle\rightharpoonup}$}} {u}

여기서

ρ 는 유체밀도

*u 는 깊이-평균속도

그리고 CD 는 항력계수이다.

CD 의 통용 값은 Turbulent Drag coefficient for bottom shear stress 에서 정의되고 디폴트 값은 0.0026이며 수리나 해안공학 응용에 이용되는 일반적 값이다. 이 일반적CD 값은 모든 요소표면에 적용된다. 그러나 사용자가 요소에 특정한 CD 값을 정의할 수 있고 또는 코드가 표면조도에 의거해 요소 CD 를 계산하게 할 수도 있다. 후자의 경우 표면조도, 유체 깊이, 그리고 항력계수들은 다음과 같은 관련이 있다.

{C_D} = \left[ \frac{\kappa}{B+ln {\left( \frac{k_s}{30h} \right)}} \right] ^2

여기서

  • κ 는 the Von Kármán 상수, 0.40
  • B is 0.71
  • B 는 0.71
  • h 는 유체깊이
  • ks 는 raster 파일(if IROUGHUSE(m)=1일 경우), 하부요소의 특정 조도, 또는 요소 조도에 의해 정의되는 국부적 차원 조도이다. raster 조도가 우선이고 다음은 하부요소 특정조도 그리고 요소-특정조도이다.

요소표면에서 CD 를 정의하기 위해 Mesh Setup Mesh & Geometry Geometry component #로 간다. Component Properties 탭에서 Surface Properties –> Shallow Water Shear Stress Method 를 찾는다. CD 값이 정의되면 펼쳐지는 상자에서 Drag Coefficient 를 선택하고 Shallow Water Drag Coefficient 의 값을 입력한다. 디폴트 값은 통용되는 CD 의 값이다. 코드가 요소 표면조도에 따른 CD 값을 계산하기 위해 Shallow Water Shear Stress Method 를 위한 펼쳐지는 상자에 있는 Surface Roughness 를 선택하고 Surface Roughness의 값을 지정한다.

Shallow water CD

 

천해 유동에 대해 사용자는 내재적과 외재적 수치해석 법을 선택할 수 있다. 디폴트는 내재적 방법이 추천된다. 여기서는 표면파에 의한 시간간격 크기에 대한 제약이 없고 계산시간을 줄여준다.

천해유동이 또한 지구물리적 유동(즉, 만 또는 하상의 규모인)이면 지구 회전에 의한 Coriolis 힘이 중요하다. 이 경우 사용자는 Physics Non-inertial reference frame Motion type Geophysical fluid flow 에서 지구물리 유동선택을 활성화하고 Latitude of the flow region 를 정의한다.

수표면에서의 풍속전단이 천해 유동 시 고려되어야 할지도 모른다. 이는 Physics Wind 에서 정의될 수 있다. 더 자세한 것은 Wind Shear Stress 절을 참조한다.

Note

이론장의 the Sediment Scour Model 절에서 보여주는 것과 같이 Sediment scour 모델을 이용할 때 다져진 퇴적물의 표면조도가 퇴적물입자의 d50 에 의거해 코드에 의해 계산된다.

 

Hybrid Shallow Water/3D Flow

얕은 물 모델은 FLOW-3D의 완벽한 3D 모델링 기능과 결합하여 하이브리드 2D / 3D 모델을 생성 할 수 있습니다. 이 하이브리드 모델은 하천, 바다 또는 하구와 같은 얕은 물 가정이 유효한 더 큰 영역 내에서 3D 구조의 상세한 모델링을 허용합니다. 모델은 다중 블로킹 메시를 사용합니다. 메쉬 작업 위젯에서 얕은 물 메쉬 블록 플래그를 선택하여 각 메시 블록을 2D 또는 3D로 지정해야합니다. 유효한 하이브리드 모델은 3D 메쉬 블록을 2D 메쉬 블록 내에 완전히 중첩 시키거나 공통 경계를 공유하는 링크 된 블록으로 설정할 수 있습니다 (다중 블록 메쉬 참조). 하이드 라이드 모델을 설정할 때 멀티 블록 메쉬 및 얕은 물 메싱에 대한 모범 사례를 모두 준수해야합니다. 또한 하이브리드 모델을 만들 때 얕은 물 메쉬 블록의 최소 Z 입면도가 링크 된 또는 중첩 된 3D 메쉬 블록의 최소 Z 입면도보다 커야합니다.

 

Combining Porous Media and the Shallow Water Model 다공매질과 천해유동모델

다공매질은 숲, 울타리 등과 같이 표면조도에 의해 잘 특화될 수 없는 것들을 나타내기 위해 천해모델에서 사용될 수 있다. 그러나 다공도가1보다작으면 매질내의 고형물질들은 모두 바닥 고도를 높이면서 바닥에 다져진다. 그러므로 추천되는 방법은 Permeability Dependent Saturated Drag 모델과 항력계수를 지정하고 다공요소 다공도 1(100%열린)로 지정한다. 이 항력모델은 유동손실 계산에 다공도를 사용하지 않으므로 이 접근은 바닥의 높이를 변화시키지 않고 다공질에 의한 항력을 추가해야 한다. 다공매질물리에 대한 자세한 내용은 Porous Media 절에 주어져있다.