MIKE 21 / 3 FM

Интегрированное моделирование, взаимодействие между волнами и течениями

Интегрированная модель MIKE 21/3 (MIKE 21/3 Coupled Model FM) на FM сетке (Flexible Mesh – нерегулярные, адаптивные расчётные сетки) объединяют расчеты волновых явлений, гидродинамики, транспорта наносов в единую динамичную морфологическую модель. Применима для изучения гидравлических явлений в озерах, эстуариях, заливах, прибрежных зонах и акваториях морей.

MIKE 21/3 Coupled Model FM – система моделирования, разработанная для расчета океанических процессов, прибрежных зон и эстуариев, объединяет в себе двумерный и трехмерный расчёт в зависимости от выбранных модулей с включением волн, транспорта наносов и экологических модулей.

ОПИСАНИЕ МОДУЛЯ

MIKE 21/3 Coupled Model FM включает в себя следующие модули:

  • гидродинамический модуль(HD);
  • транспортный модуль (TM);
  • модуль качества воды и модуль разлива нефти (ECOLab / OS);
  • модуль транспорта илистых отложений и мутьевых образований (MT);
  • модуль отслеживания движения частиц, модуль трекинга (PT);
  • модуль транспорта наносов (ST);
  • модуль морфологии береговой линии (SM);
  • модуль спектральных волн (SW).

Модули Гидродинамики HD и Спектральных волн SW являются базовыми компонентами MIKE 21/3 Coupled Model FM, используя которые можно смоделировать взаимодействие между волнами и течением. Все модули данной программы динамически связаны между собой.

Гидродинамический модуль позволяет моделировать колебания уровня воды и расходов под влиянием сочетаний различных факторов (вынуждающих функций) в озерах (водохранилищах), эстуариях и в прибрежных зонах. Рассматриваются следующие влияния и условия:

  • затопление и осушение;
  • распространение и дисперсия импульса;
  • донное сопротивление;
  • сила Кориолиса;
  • сопротивление ветру;
  • градиенты барометрического давления;
  • ледовый покров;
  • приливный потенциал;
  • осадки/испарение;
  • волновые напряжения;
  • поступление и забор воды (источники и сбросы).

Гидродинамический модуль может быть использован для решения двумерных и трехмерных задач. 3D модель основана на решении трехмерных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса, записанных для несжимаемой жидкости с использованием гипотезы Буссинеска и приближения гидростатики. Таким образом, модель состоит из уравнения неразрывности, уравнения импульса, уравнений для температуры, солености и плотности, а также из замыкающих турбулентных соотношений. В 2D модели используются уравнения мелкой воды – осредненные по глубине уравнения Навье-Стокса.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Модуль Спектральных волн моделирует возникновение, распад и трансформацию сгенерированных ветром волн, а также ветровое волнение в прибрежной зоне. С помощью данного модуля могут быть учтены следующие физические явления:

  • возникновение волн под действием ветра;
  • нелинейное волновое взаимодействие;
  • диссипация волновой энергии, вызванная обрушением волн;
  • диссипация волновой энергии, вызванная донным сопротивлением;
  • диссипация волновой энергии, вызванная насыпными волноломами вблизи берега;
  • деформация и рефракция вследствие уменьшения глубины и увеличения трения о дно;
  • взаимодействие волн и течения;
  • переменная во времени глубина, осушение и затопление;
  • модуль спектральных волн включает две формулы:
    • разнонаправленно параметрический подход;
    • полная спектральная формулировка.

Разнонаправленный параметрический подход основан на уравнении сохранения волнового действия. Параметризация производится в частотной области путем введения в качестве зависимых переменных нулевых и первых моментов (Holthuijsen (1989)). Спектральный метод основан на уравнении сохранения волнового действия, предложенном Komen и др. (1994) и Young (1999), где спектральная плотность определяется как волновое действие, отнесенное к элементу фазового объема в частотно-направленном спектре волн.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Областью применения являются гидродинамические задачи и задачи переноса наносов и веществ, важные с точки зрения океанографического, прибрежного и морского применения, в которых может быть использована гибкая сетка.

С помощью MIKE 21/3 Coupled Model FM можно исследовать морфологическую эволюцию батиметрии прибрежной зоны, вызванную проведением инженерных работ (возведение прибрежных сооружений, проведение дноуглубительных работ и т.д.), а также действием приливов.

Модуль наиболее подходит для изучения среднесрочных морфологических процессов (от нескольких недель до нескольких месяцев) в прибрежной зоне (вдольбереговая линия около 10 км, расстояние от суши в сторону моря порядка 2 км). Рассмотрение длительных процессов в большой области потребует значительных вычислительных затрат, для таких задач рекомендуется использовать модуль морфологии береговой зоны MIKE 21 SM

ОСОБЕННОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА

Главные особенности MIKE 21/3 Coupled Model FM:

  • проверенная и апробированная технология;
  • динамическая связь волн и течений;
  • обратная связь между изменением батиметрии, течением и волнами;
  • простое переключение между 2D и 3D расчетами;
  • использование адаптивной гибкой сетки для описания батиметрии, а также протекающих процессов;
  • возможность использования для расчетов графических карт (GPU). 

Программа передается в бессрочное пользование, при этом в первый год после приобретения программного продукта техническая поддержка осуществляется бесплатно.

Программный комплекс сертифицирован по системе сертификации ГОСТ Р и соответствует требованиям нормативных документов: ГОСТ 34.201-89 (paзд. 1), ГОCT 28195-89 (табл. 1, п.п. 1, 3, 4, 5, 6), ГОCT P ИCО/MЭК 9126-93 (paзд. 4), ГОCT P ИСО 9127-94 (п.п. 6.3 – 6.5)