ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΕΠΙΣΤΗΜΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ» ΑΠΟΣΤΟΛΑΚΗ ΜΑΡΙΑ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΕΠΙΣΤΗΜΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ» ΑΠΟΣΤΟΛΑΚΗ ΜΑΡΙΑ"

Κασσιέπεια Ζαΐμης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΕΠΙΣΤΗΜΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ» ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΟΝΤΙΝΟΥ ΚΑΙ ΜΑΚΡΙΝΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΣΕ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΡΥΠΩΝ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΖΩΝΗ ΑΠΟΣΤΟΛΑΚΗ ΜΑΡΙΑ Επιβλέπων Καθηγητής: ΧΡΙΣΤΟΔΟΥΛΟΥ Γ. ΑΘΗΝΑ, ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ

2 ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ Ανάλυση Διάχυσης Κοντινού Μακρινού Πεδίου Περιγραφή Ιδεατού Προβλήματος Αποτελέσματα Επίλυσης Εφαρμογή σε Πραγματικές Συνθήκες Αποτελέσματα Επίλυσης Σύγκριση με επίλυση Brooks Συμπεράσματα - Προτάσεις 2

3 ΚΟΝΤΙΝΟ ΜΑΚΡΙΝΟ ΠΕΔΙΟ ΚΟΝΤΙΝΟ ΠΕΔΙΟ: Συνθήκες εκβολής Παράκτιο ρεύμα ΜΑΚΡΙΝΟ ΠΕΔΙΟ: Χαρακτηριστικά αποδέκτη Πεδίο ροής ΣΤΟΧΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: ΣΥΝΔΕΣΗ ΤΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΤΩΝ ΔΥΟ ΠΕΔΙΩΝ ΡΟΗΣ 3

4 ΜΕΛΕΤΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΠΑΡΑΚΤΙΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΣΗΜΕΙΑΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΜΕΛΕΤΗ ΚΟΝΤΙΝΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΜΕΛΕΤΗ ΜΑΚΡΙΝΟΥ ΠΕΔΙΟΥ Αρχική αραίωση (jet mixing) Απόσταση των 10 ~100 m Συνθήκες εκβολής (γεωμετρία, ρεύμα) Φαινόμενα μεταφοράς μεγάλης κλίμακας,διάχυση Απόσταση των 1 ~100 km Συνθήκες αποδέκτη (γεωμετρία, πεδίο ροής) ΕΠΙΛΥΣΗ ΜΕ ΜΟΝΤΕΛΑ ΑΡΧΙΚΗΣ ΜΙΞΗΣ ΕΠΙΛΥΣΗ ΜΕ ΜΟΝΤΕΛΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ - ΔΙΑΧΥΣΗΣ Ολοκληρωτικά μοντέλα επίλυσης φλεβών (CORMIX) Μοντέλα τρισδιάστατης ανάλυσης παράκτιας κυκλοφορίας - διάχυσης 4

5 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΙΔΕΑΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ (1) Γεωμετρία: Βάθος:10m Στερεά όρια:βόρειο, νότιο, δυτικό Ανοικτά όρια:ανατολικό Επιλογή συνθήκης ανοικτού ορίου: hu n = n ζ gh Συνθήκες αποδέκτη: Παράκτιο ρεύμα:0,1m/s Άνεμος: W x, W y = 10m/s Απόσταση διάθεσης 300 m Ομογενοποιημένος 5

6 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΙΔΕΑΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ (1) Στοιχεία Συμβολισμός Μονάδες Τιμή Παροχή Q m3/s 0.15 Βάθος εκβολής H m 10 Συγκέντρωση ρύπου C mg/l 360 Πυκνότητα θαλασσινού νερού ρ kg/m Πυκνότητα λύματος ρ kg/m3 998 Αποδέκτης - - Ομογενής Ταχύτητα συνιστωσών ανέμου Wx, Wy m/s 10 Συντελεστής διασποράς E 5.4 *10 6 m 2 d -1 Συντελεστής Manning n s/m 1/ Συντελεστήςτριβήςανέμου στην επιφάνεια Cs Τυρβώδης συντελεστής ιξώδους νh m 2 /sec 5.00 Συντελεστής φθοράς k d

7 ΕΠΙΛΥΣΗ ΙΔΕΑΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ (1) Μοντέλο Κοντινού Πεδίου (CORMIX): Αποτελέσματα για το κοντινό και το μακρινό πεδίο ροής 7

8 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ CORMIX 8

9 ΕΠΙΛΥΣΗ ΙΔΕΑΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ (2) Μοντέλο Μακρινού Πεδίου Πεπερασμένων Διαφορών: Καταστρώθηκε σε κώδικα Π.Δ. και επιλύθηκε σε γλώσσα Fortran. u t ν t u + u x u + ν y ζ = g x 2 2 u u τ x y 2 2 ν ν τ x y Σύνδεση μοντέλων: Αρχικές συνθήκες για την διάχυση λαμβάνονται οι τιμές των αποτελεσμάτων του μοντέλου CORMIX. Επτά περιπτώσεις: Αλλαγή γεωμετρίας, οριακών συνθηκών, πεδίου ροής + u ν + ν ν ζ + ν = g + ν h x y y ζ t + h ( uh ) ( ν H ) x + y 2 2 Φ Φ Φ Φ Φ + u + v = E t x y x y = 0 S Φ sx sy τ ρh τ ρh bx by + f ν f u 9

10 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ (1) ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 1Α: Κάνναβος 88*88, με βήμα Δ x =Δ y =10m Οριακή συνθήκη ανοικτής θάλασσας στο ανατολικό όριο Σταθερό βάθος H=10m Συγκέντρωση ρύπου mg/l Σύγκριση αποτελεσμάτων Περίπτωσης 1Α Πεπερασμένων Διαφορών Cormix Περίπτωση 1Α Απόσταση σε m 10

11 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ (2) Σύγκριση αποτελεσμάτων Περίπτωσης 1Β Πεπερασμένων Διαφορών ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 1Β: Κάνναβος 88*88, με βήμα Δ x =Δ y =10m Οριακή συνθήκη ελεύθερης διάβασης Σταθερό βάθος H=10m Συγκέντρωση ρύπου m g/l Cormix Περίπτωση 1Β Απόσταση σε m 11

12 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ (3) ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 1Γ: Κάνναβος 88*88, με βήμα Δ x =Δ y =10m Οριακή συνθήκη ελεύθερης διάβασης Μεταβαλλόμενη βυθομετρία Συγκέντρωση ρύπου m g/l Σύγκριση αποτελεσμάτων Περίπτωσης 1Γ Πεπερασμένων Διαφορών Απόσταση σε m Cormix Περίπτωση 1Γ 12

13 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ (4) Σύγκριση αποτελεσμάτων Περίπτωσης 1Δ Πεπερασμένων Διαφορών ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 1Δ: 20 Κάνναβος 176*88, με βήμα Δ x =Δ y =10m Οριακή συνθήκη ελεύθερης διάβασης Σταθερό βάθος H=10m Συγκέντρωση ρύπου m g/l Cormix Περίπτωση 1Δ Απόσταση σε m 13

14 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ (5) ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 1Ε: Κάνναβος 176*88, με βήμα Δ x =5m, Δ y =10m Οριακή συνθήκη ελεύθερης διάβασης Σταθερό βάθος H=10m Ενσωμάτωση επιπλέον αρχικών τιμών για την συγκέντρωση απότομοντέλοcormix Συγ κέντρ ωση ρ ύπου m g /l Σύγκριση αποτελεσμάτων Περίπτωσης 1Ε Πεπερασμένων Διαφορών Απόσταση σε m Cormix Περίπτωση 1Ε 14

15 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ (6) ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 1ΣΤ: Κάνναβος 176*88, με βήμα Δ x =Δ y =10m Οριακή συνθήκη ελεύθερης διάβασης Σταθερό βάθος H=10m Παραδοχή σταθερής οριζόντιας ταχύτητας u=0.1m/s Συγκέντρωση ρύπου m g/l Σύγκριση αποτελεσμάτων Περίπτωσης 1ΣΤ Πεπερασμένων Διαφορών Απόσταση σε m Cormix ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ 1ΣΤ 15

16 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ (7) ΠΕΡIΠΤΩΣΗ 1Ζ: Κάνναβος 176*88, με βήμα Δ x =5m, Δ y =10m Οριακή συνθήκη ελεύθερης διάβασης Σταθερό βάθος H=10m Ενσωμάτωση παραπάνω αρχικών τιμών για την συγκέντρωση απότομοντέλοcormix Παραδοχή σταθερής οριζόντιας ταχύτητας u=0.1m/s Συγ κέντρ ωση ρ ύπ ου m g /l Σύγκριση αποτελεσμάτων Περίπτωσης 1Ζ Πεπερασμένων Διαφορών Απόσταση σε m Cormix Περίπτωση 1Ζ 16

17 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΤΙΚΑ Αύξηση των αρχικών τιμών & θεώρηση σταθερής οριζόντιας ταχύτητας Σύγκλιση. Αποτελέσματα CORMIX συντηρητικότερα Συγκέντρωση ρύπου mg/l Σύγκριση αποτελεσμάτων των Περιπτώσεων 1Α-1Ζ Πεπερασμένων Διαφορών Διαφοροποίηση αποτελεσμάτων Π.Δ. σε αλλαγές Σημείωση: Κριτήριο Courant c Δ t 2 Δ y < c Δ t 2 Δ x < c = gh Απόσταση σε m Cormix Περίπτωση 1Α Περίπτωση 1Β Περίπτωση 1Γ Περίπτωση 1Δ Περίπτωση 1Ε Περίπτωση 1ΣΤ Περίπτωση 1Ζ Εκθετική (Cormix) 17

18 ΑΠΟΚΛΙΣΕΙΣ Σύγκριση Περιπτώσεων 1Α-1Ζ με το Μοντέλο CORMIX 120,00 Παρατήρηση: 100,00 80,00 Αποκλίσεις μεγάλες που φτάνουν σχεδόν το 100%, για μεγάλες αποστάσεις από την πηγή. % Αποκλιση 60,00 40,00 20,00 0, ,00 Χ.Θ. Περίπτωση 1Α Περίπτωση 1Β Περίπτωση 1Γ Περίπτωση 1Δ Περίπτωση 1Ε Περίπτωση 1ΣΤ Περίπτωση 1Ζ 18

19 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Περιοχή μελέτης: Η παράκτια ζώνη εντοπίζεται στην ευρύτερη περιοχή της Μονεμβάσιας. Το σημείο διάθεσης έχει συντεταγμένες σε σύστημα ΕΓΣΑ 87 Χ= ,9793 Υ= ,

20 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Δεδομένα: Παροχή αιχμής (σχεδιασμού) 432 m3/h = 0.12 m3/s Εξυπηρετούμενος πληθυσμός κάτοικοι Φορτίο εισόδου B.O.D g/d/κάτοικο Κατανάλωση ανά κάτοικο 150 l/d/κάτοικο Φορτίο σχεδιασμού 400 mg/l Σταθερό οριζόντιο ρεύμα 0.28 m/s Απόσταση από την ακτή 190m Βάθος διάθεσης -28 m. Στερεά όρια (παραδοχή) νότιο, βόρειο, δυτικό Ανοικτά όρια (Σ.Ε.Δ.) ανατολικό Άνεμος (Ε.Μ.Υ.) ΒΑ 4 Beaufort 20

21 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Κατάστρωση: Κάνναβος: 100*50 με βήμα Δx=10m Δy=5m Άνεμος: 4 Beaufort 8m/s Wx=8*sin80=-7.8m/s Wy=8*cos80=1.4m/s. 21

22 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ Επίλυση CORMIX Επίλυση Π.Δ. με αρχικές τιμές CORMIX Θεώρηση οριζόντιας σταθερής ταχύτητας 0.28 m/s (παράκτιο ρεύμα) Συγκέντρωση ρύπου mg/l 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Σύγκριση αποτελεσμάτων για την πραγματική εφαρμογή Απόσταση σε m Cormix Πεπερασμένες Διαφορές 22

23 ΕΠΙΛΥΣΗ BROOKS Επίλυση της διαφορικής εξίσωσης διάχυσης μεταφοράς: Βαθμός αραίωσης D 2 D 2 = erf β x b 3 1 Βαθμός αραίωσης D 3 D 3 = exp T U 90 x Αρχική αραίωση κατά Fisher S = ag 1 / 3 yq 2 / 3 23

24 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΕΠΙΛΥΣΗ BROOKS Σύγκριση αποτελεσμάτων Σχέσεων Brooks και μοντέλου CORMIX Σύγκριση αποτελεσμάτων Σχέσεων Brooks και Πεπερασμένων Διαφορών Συγ κέντρ ωση ρ ύπου m g /l Cormix Brooks Συγκέντρω ση ρύπου Brooks Πεπερασμένες Διαφορές Απόσταση σε m Απόσταση σε m 24

25 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (1) Αποτελέσματα μοντέλου Π.Δ. ευαίσθητα σε αλλαγές γεωμετρίας, βυθομετρίας & οριακών συνθηκών. Σύγκλιση αποτελεσμάτων στην περίπτωση θεώρησης σταθερής οριζόντιας ταχύτητας. CORMIX : Συντηρητικότερα αποτελέσματα Περιορισμούς στην περιγραφή γεωμετρίας, βυθομετρίας & οριακών συνθηκών Όχι ικανοποιητική απόδοση αποτελεσμάτων στο χώρο & στο χρόνο Π.Δ. : Μικρότερες τιμές συγκέντρωσης μακριά από την πηγή διάθεσης Ενσωμάτωση γεωμετρίας, βυθομετρίας & οριακών συνθηκών Αναλυτικότερη απόδοση αποτελεσμάτων χρονικά & χωρικά (Σε περιπτώσεις περίπλοκης γεωμετρίας βαθυμετρίας & σύνθετων υδροδυναμικών φαινομένων παρουσιάζει περιορισμούς) 25

26 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (2) Ποιοτικά τα αποτελέσματα είναι παρόμοια, όμως διαφέρουν ποσοτικά. Σύγκριση με αποτελέσματα Brooks: σύγκλιση στις τιμές μακριά από την πηγή διάθεσης. Απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση για την επίτευξη σύνδεσης. 26

27 ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Περαιτέρω διερεύνηση της σύνδεσης των δύο μοντέλων με εναλλακτικούς τρόπους σύνδεσης. Έλεγχος των αποτελεσμάτων της εγκάρσιας διάχυσης. Αναζήτηση προϋποθέσεων, παραδοχών & περιπτώσεων εφαρμογής σύνδεσης των δύο τύπων μοντέλων ανάλυσης της διάχυσης. Διερεύνηση της σύνδεσης των μοντέλων ανάλυσης κοντινού και μακρινού πεδίου ροής σε πειραματικές διατάξεις στο εργαστήριο, όπου η διάχυση μπορεί να μελετηθεί σε πραγματικό χώρο και χρόνο. 27

28 ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ 28

Σχετικά έγγραφα

Προσομοίωση Μεταφοράς και ιασποράς Ρύπων με τη χρήση ενός Συστήματος Καταγραφής Επιφανειακών Ρευμάτων στη Θαλάσσια Περιοχή Λήμνου Λέσβου - αρδανελίων

Προσομοίωση Μεταφοράς και ιασποράς Ρύπων με τη χρήση ενός Συστήματος Καταγραφής Επιφανειακών Ρευμάτων στη Θαλάσσια Περιοχή Λήμνου Λέσβου - αρδανελίων Θεοφάνης Καραμπάς Βασίλειος Ζερβάκης Τμήμα Επιστημών