Numerieke simulatie van wervelafschudding bij bodemribbels met de cloud-in-cell methode

Abstract

In het kader van onderzoek naar het mechanisme van het opwoelen van sediment onder golven wordt in dit onderzoek een eerste aanzet gegeven voor een beschrijving van de waterbeweging ter plaatse van een bodemribbel met een deeltjesmodel. Het rapport bevat een overzicht van de theorie die de waterbeweging beschrijft, de Vortex methoden en in het kort wordt ingegaan op de vorm en de afmetingen van een bodemribbel. Enkele trefwoorden zijn: de Poisson-vergelijking, stroomsnelheid, deeltjessnelheid, wervelsterkte, circulatie, puntwervels, Operator Splitting, Random Walk en de Cloud In Cell methode. Om inzicht te krijgen in het mechanisme van de stroming wordt de waterbeweging numeriek gesimuleerd met deeltjes met de Cloud In Cell methode. Met het ontwikkelde numerieke rekenprogramma VORTEX, geschreven in FORTRAN, kunnen op een eenvoudige wijze verschillende situaties worden doorgerekend door de invoerfile VORTEX.INV te wijzigen. Aan een deeltje wordt in dit onderzoek circulatie, die ontstaat door het niet rotatievrij zijn van het snelheidsveld bij de top van de vormvaste bodemribbel, toegekend. Een grafische uitvoer met het programma VORTEX.PLT geeft de kenmerkende wervelstructuren gevormd door de werveldeeltjes te zien, die ontstaan door de overtrekkende stroom over de bodemribbel. De numerieke uitvoer van het rekenprogramma is tot op heden enkel getest door de ontwikkeling en de grootte van de wervelstructuren te vergelijken met uitvoer van soortgelijke situaties ontleend aan de literatuur. De resultaten van de uitgevoerde simulaties komen goed overeen met de resultaten die zijn beschreven in deze literatuur. De grafische uitvoer geeft duidelijk inzicht in de ontwikkeling van de wervelstructuren. Uitgaande van de ervaring die tijdens dit onderzoek IS opgedaan, is het goed mogelijk om het model uit te breiden met sediment-transportformules zodat meer onderzoek kan worden gedaan naar de vorming van bodemribbels en het afschudden van wervels met hoge sedimentconcentraties.Environmental Fluid DynamicsHydraulic EngineeringCivil Engineering and Geoscience