حل عددی شکل پایستار معادلات آب کم‌عمق با استفاده از روش اَبَرفشرده مرتبه ششم

نویسندگان

1 مؤسسة ژئوفیزیک دانشگاه تهران، صندوق پستی 6466-14155

2 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران

چکیده

در این مقاله حل عددی شکل پایستار معادلات آب کم‌عمق در صفحه ß با استفاده از روش اَبَرفشرده مرتبه ششم ارائه می‌شود. برای گسسته‌سازی زمانی معادلات از شکل دلتای روش بیم و وارمینگ و برای گسسته‌سازی مکانی معادلات از روش اَبَرفشرده مرتبه ششم استفاده می‌شود. نتایج عددی به‌دست آمده نشان دادند که برای غلبه برخطای دگرنامیدن ناشی از‌ اندرکنش جملات غیرخطی موجود در معادلات، پالایه‌های رایج که در تحقیقات قبلی برای روش‌های مرتبه پایین مورد استفاده قرار گرفته‌اند، توانایی غلبه بر این خطا را ندارند و به‌همین دلیل در این مقاله نحوه به کارگیری یک پالایه براساس روش‌های فشرده مورد بررسی قرار گرفته ‌است. کمیت‌های ناوردای مدل مانند انستروفی پتانسیلی (با به‌کارگیری پالایه برمبنای روش‌های فشرده) در طول انتگرال‌گیری عددی از معادلات، به‌خوبی پایستگی خود را حفظ می‌کنند، این مطلب مؤید این حقیقت است که ماهیت غیرخطی معادلات با استفاده از روش عددی به‌کار رفته به‌خوبی شبیه‌سازی شده‌ است. اعتبار حل عددی ارائه شده با مقایسه جواب‌های حاصل با نتایج روش فشرده مرتبه چهارم و همچنین سایر تحقیقات قبلی سنجیده می‌شود. همچنین با مقایسه نتایج حاصل از روش اَبَرفشرده مرتبه ششم با نتایج حاصل از روش‌های فشرده مرتبه چهارم و مرتبه دوم مرکزی، روشن می‌شود که روش اَبَرفشرده نسبت به دو روش دیگر از دقت بیشتری برخوردار است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical solution of the conservative form of the shallow water equations using sixth-order super compact scheme

نویسندگان [English]

  • Sarmad Ghader 1
  • Vahid Esfahanian 2
1 Institute of Geophysics, University of Tehran, P.O. Box 14155-6466, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Mechanical Engineering Department, University of Tehran
چکیده [English]

The super compact finite difference method is used for integrating the conservation-law form of the shallow water equations in the beta plane. The second-order delta formulation of the trapezoidal time differencing scheme is used. The sixth-order super compact finite-difference method is applied to discretize the spatial factored form of the equations obtained using the ADI method. Because of the large aliasing error introduced by the super compact scheme, the application of a very selective low-pass filter, based on compact schemes, is introduced to overcome the error generated by the interaction of the nonlinear terms of the equations. The integral invariants of the shallow water equations, i.e., the total energy and potential enstrophy are well conserved during the numerical integration. This fact shows that the nonlinear structure of the equations is correctly modeled. The validation of the sixth-order super compact results are investigated by comparing them with the results of the fourth-order compact and second-order finite-difference schemes for different grid resolutions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical accuracy
  • Super compact finite difference method
  • Shallow water equations
  • Atmosphere