Física - Discretizaciones que Capturan Modelos Espectrales de Viento-Olas
Autores: Zijlema, Marcel
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Física - Discretizaciones que Capturan Modelos Espectrales de Viento-Olas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Métodos de discretización
Ecuación de balance de acción de olas
Diferencia finita en sentido de la corriente
Esquemas de volumen finito centrados en vértices
Mallas no estructuradas
Modelos espectrales de viento y olas
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Este documento discute los métodos de discretización que se han empleado comúnmente para resolver la ecuación de balance de acción de olas, y que han ganado un renovado interés con el uso generalizado de mallas no estructuradas para modelos espectrales de olas de viento de tercera generación. Estos métodos son el esquema de diferencia finita de primer orden hacia el viento y el esquema de volumen finito centrado en vértices de primer orden para el transporte de acción de olas en el espacio geográfico. La discusión aborda la derivación de estos esquemas desde una perspectiva diferente. Se utiliza un marco matemático para discretizaciones miméticas basado en cálculo discreto. Una característica clave de este enfoque algebraico es que el proceso de discretización exacta se separa del proceso de interpolación, este último típicamente involucrado en relaciones constitutivas. Esto puede ayudar a obtener información sobre las características de rendimiento del método de discretización. Con base en esto, concluimos que el esquema de diferencia finita hacia el viento captura exactamente la conservación del flujo de acción de olas, lo cual es un punto a favor para el aumento de olas. Además, proporcionamos una justificación para la baja precisión intrínseca del esquema de volumen finito centrado en vértices hacia el viento, debido a la relación constitutiva de flujo físicamente inexacta pero común, y proponemos una mejora para superar este inconveniente. Finalmente, a modo de demostración comparativa, se introducen algunos casos de prueba para establecer la capacidad de los métodos considerados para capturar la física relevante en mallas triangulares no estructuradas.
Descripción
Este documento discute los métodos de discretización que se han empleado comúnmente para resolver la ecuación de balance de acción de olas, y que han ganado un renovado interés con el uso generalizado de mallas no estructuradas para modelos espectrales de olas de viento de tercera generación. Estos métodos son el esquema de diferencia finita de primer orden hacia el viento y el esquema de volumen finito centrado en vértices de primer orden para el transporte de acción de olas en el espacio geográfico. La discusión aborda la derivación de estos esquemas desde una perspectiva diferente. Se utiliza un marco matemático para discretizaciones miméticas basado en cálculo discreto. Una característica clave de este enfoque algebraico es que el proceso de discretización exacta se separa del proceso de interpolación, este último típicamente involucrado en relaciones constitutivas. Esto puede ayudar a obtener información sobre las características de rendimiento del método de discretización. Con base en esto, concluimos que el esquema de diferencia finita hacia el viento captura exactamente la conservación del flujo de acción de olas, lo cual es un punto a favor para el aumento de olas. Además, proporcionamos una justificación para la baja precisión intrínseca del esquema de volumen finito centrado en vértices hacia el viento, debido a la relación constitutiva de flujo físicamente inexacta pero común, y proponemos una mejora para superar este inconveniente. Finalmente, a modo de demostración comparativa, se introducen algunos casos de prueba para establecer la capacidad de los métodos considerados para capturar la física relevante en mallas triangulares no estructuradas.