Simulating flows past a mountain range using smoothed particle hydrodynamics
Thesis title in Czech: | Simulace obtékání pohoří pomocí smoothed particle hydrodynamics |
---|---|
Thesis title in English: | Simulating flows past a mountain range using smoothed particle hydrodynamics |
Key words: | smoothed particle hydrodynamics|meteorologie|vnitřní gravitační vlny |
English key words: | smoothed particle hydrodynamics|meteorology|internal gravity waves |
Academic year of topic announcement: | 2023/2024 |
Thesis type: | Bachelor's thesis |
Thesis language: | angličtina |
Department: | Mathematical Institute of Charles University (32-MUUK) |
Supervisor: | doc. RNDr. Michal Pavelka, Ph.D. |
Author: | Bc. Kamil Belán - assigned and confirmed by the Study Dept. |
Date of registration: | 09.11.2023 |
Date of assignment: | 10.11.2023 |
Confirmed by Study dept. on: | 13.11.2023 |
Date and time of defence: | 19.06.2024 09:00 |
Date of electronic submission: | 10.05.2024 |
Date of submission of printed version: | 10.05.2024 |
Date of proceeded defence: | 19.06.2024 |
Opponents: | doc. Ing. Václav Klika, Ph.D. |
Advisors: | RNDr. Petr Šácha, Ph.D. |
Guidelines |
Cílem práce je simulace proudění vzduchu kolem pohoří pomocí numerické metody smoothed particle hydrodynamics (SPH) a vyhodnocení některých meteorologicky zajímavých situací. Student by měl postupovat takto:
1) Úvod do smoothed particle hydrodynamics, zejména hamiltonovská formulace metody pro stlačitelné proudění [1] 2) Úvod do problematiky obtékání pohoří z hlediska meteorologie [2] 3) Simulace obtékání pohoří pomocí SPH za použití kódu z [3] 4) Vyhodnocení některých meteorologicky zajímavých parametrů, například gravitačních vln, a porovnání s výsledky z [2] |
References |
[1] Damien Violeau, Fluid Mechanics and the SPH Method: Theory and Applications, OUP Oxford, 2012
[2] Doyle, J. D., and Coauthors, 2011: An Intercomparison of T-REX Mountain-Wave Simulations and Implications for Mesoscale Predictability. Mon. Wea. Rev., 139, 2811–2831, https://doi.org/10.1175/MWR-D-10-05042.1. [3] O. Kincl, M. Pavelka, Globally time-reversible fluid simulations with smoothed particle hydrodynamics. Computer Physics and Communications 284 (108593), 2023. |
Preliminary scope of work |
Procesy spojené s obtékáním pohoří hrají velmi důležitou roli v meteorologii i pro studium vyšších vrstev atmosféry.
V závislosti na parametrech proudění narážejícího do pohoří a na tvaru a velikosti této překážky může vyvstat mnoho různých, avšak navzájem propojených režimů proudění. Typicky může dojít čistě jen k rozvlnění atmosféry v podobě gravitačních vln, které se šíří do volné atmosféry, kam přenášejí na dálku informaci o rychlosti rotace zemského povrchu, nebo se část vzduchu obrazně přelije přes pohoří a přináší extrémní poryvy větru na závětrné straně hor (fén, bóra, atd.). Tento režim má značný vliv na životy lidí a jejich majetky a je proto velký zájem ho předpovídat s dostatečným předstihem a přesností. Problémem je, že současné atmosférické modely nevykazují velkou úspěšnost v časném předpovídání jevů spojených s obtékáním pohoří a navíc se jednotlivé modely velmi často liší i v detailech toho, jaký režim obtékání pohoří pro danou událost předpovídají. Za pomoci numerické metody smoothed particle hydrodynamics, která dosud nebyla na meteorologických problémech aplikovaná, se v této práci pokusíme o simulaci vybraných zjednodušených úloh obtékání pohoří ve dvou dimenzích a porovnáme si své výsledky s dostupnými výstupy zaběhnutých atmosférických modelů. |