Published September 13, 2017
| Version v1
Publication
Open
Unconditional stable numerical techniques for a water-quality model in a non-uniform flow stream
Description
Two mathematical models are used to simulate water quality in a non-uniform flow stream. The first model is the hydrodynamic model that provides the velocity field and the water elevation. The second model is an advection-diffusion-reaction model that provides the pollutant concentration field. Both models are formulated as one-dimensional equations. The traditional Crank-Nicolson method is also used in the hydrodynamic model. At each step, the flow velocity fields calculated from the first model are the inputs into the second model. A new fourth-order scheme and a Saulyev scheme are simultaneously employed in the second model. This paper proposes a remarkably simple alteration to the fourth-order method so as to make it more accurate without any significant loss of computational efficiency. The results obtained indicate that the proposed new fourth-order scheme, coupled to the Saulyev method, does improve the prediction accuracy compared to that of the traditional methods.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتم استخدام نموذجين رياضيين لمحاكاة جودة المياه في تيار تدفق غير منتظم. النموذج الأول هو النموذج الهيدروديناميكي الذي يوفر مجال السرعة وارتفاع الماء. النموذج الثاني هو نموذج تفاعل التأييد والانتشار الذي يوفر مجال تركيز الملوثات. تتم صياغة كلا النموذجين كمعادلات أحادية البعد. تُستخدم طريقة كرنك نيكولسون التقليدية أيضًا في النموذج الهيدروديناميكي. في كل خطوة، تكون حقول سرعة التدفق المحسوبة من النموذج الأول هي المدخلات في النموذج الثاني. يتم استخدام مخطط جديد من الدرجة الرابعة ومخطط Saulyev في نفس الوقت في النموذج الثاني. تقترح هذه الورقة تغييرًا بسيطًا بشكل ملحوظ في طريقة الدرجة الرابعة لجعلها أكثر دقة دون أي خسارة كبيرة في الكفاءة الحسابية. تشير النتائج التي تم الحصول عليها إلى أن المخطط الجديد المقترح من الدرجة الرابعة، إلى جانب طريقة سولييف، يحسن دقة التنبؤ مقارنة بالطرق التقليدية.Translated Description (French)
Deux modèles mathématiques sont utilisés pour simuler la qualité de l'eau dans un flux d'écoulement non uniforme. Le premier modèle est le modèle hydrodynamique qui fournit le champ de vitesse et l'élévation de l'eau. Le deuxième modèle est un modèle advection-diffusion-réaction qui fournit le champ de concentration des polluants. Les deux modèles sont formulés sous forme d'équations unidimensionnelles. La méthode traditionnelle de Crank-Nicolson est également utilisée dans le modèle hydrodynamique. À chaque étape, les champs de vitesse d'écoulement calculés à partir du premier modèle sont les entrées dans le second modèle. Un nouveau schéma de quatrième ordre et un schéma de Saulyev sont utilisés simultanément dans le deuxième modèle. Cet article propose une modification remarquablement simple de la méthode du quatrième ordre afin de la rendre plus précise sans perte significative d'efficacité informatique. Les résultats obtenus indiquent que le nouveau schéma de quatrième ordre proposé, couplé à la méthode de Saulyev, améliore la précision de la prédiction par rapport à celle des méthodes traditionnelles.Translated Description (Spanish)
Se utilizan dos modelos matemáticos para simular la calidad del agua en una corriente de flujo no uniforme. El primer modelo es el modelo hidrodinámico que proporciona el campo de velocidad y la elevación del agua. El segundo modelo es un modelo de advección-difusión-reacción que proporciona el campo de concentración de contaminantes. Ambos modelos se formulan como ecuaciones unidimensionales. El método tradicional de Crank-Nicolson también se utiliza en el modelo hidrodinámico. En cada paso, los campos de velocidad de flujo calculados a partir del primer modelo son las entradas en el segundo modelo. En el segundo modelo se emplean simultáneamente un nuevo esquema de cuarto orden y un esquema de Saulyev. Este documento propone una alteración notablemente simple del método de cuarto orden para hacerlo más preciso sin ninguna pérdida significativa de eficiencia computacional. Los resultados obtenidos indican que el nuevo esquema de cuarto orden propuesto, junto con el método de Saulyev, mejora la precisión de la predicción en comparación con la de los métodos tradicionales.Files
s13662-017-1338-4.pdf
Files
(3.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:ea0669e5a17fbf11dadab6ab236c7450
|
3.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تقنيات رقمية مستقرة غير مشروطة لنموذج جودة المياه في تيار تدفق غير منتظم
- Translated title (French)
- Techniques numériques stables inconditionnelles pour un modèle de qualité de l'eau dans un flux d'écoulement non uniforme
- Translated title (Spanish)
- Técnicas numéricas estables incondicionales para un modelo de calidad del agua en una corriente de flujo no uniforme
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2755672404
- DOI
- 10.1186/s13662-017-1338-4
References
- https://openalex.org/W1491317895
- https://openalex.org/W1933662307
- https://openalex.org/W1966571139
- https://openalex.org/W1982691317
- https://openalex.org/W1985628954
- https://openalex.org/W1997021489
- https://openalex.org/W2010170366
- https://openalex.org/W2011557462
- https://openalex.org/W2016272177
- https://openalex.org/W2027779086
- https://openalex.org/W2063115243
- https://openalex.org/W2074305223
- https://openalex.org/W2074348680
- https://openalex.org/W2087839366
- https://openalex.org/W2140892790
- https://openalex.org/W2142408604
- https://openalex.org/W2578026697
- https://openalex.org/W3139348098
- https://openalex.org/W644048992