テレマック
FUDAA-MASCARETソフトウェアのスクリーンショット

数値流体力学において、TELEMACはオープンなTELEMAC-MASCARETシステムの略称です。これは、フランス電力公社の研究開発グループに属する国立水環境研究所（LNHE）が所有する有限要素コンピュータプログラムスイートです。長年にわたる商用配布の後、2010年1月にコンソーシアム（TELEMAC-MASCARETコンソーシアム）が正式に設立され、現在GPLv3の下で利用可能なオープンなTELEMAC-MASCARETシステムのオープンソース配布を組織しています。

利用可能なモジュール

出典: [ 1 ]

テレマック-2D

2次元流体力学モジュールTELEMAC-2Dは、いわゆる浅水方程式（サン・ヴナン方程式とも呼ばれる）を解きます。TELEMAC-2Dは、有限要素法または有限体積法と三角形要素の計算メッシュを用いてサン・ヴナン方程式を解きます。過渡条件および恒常条件におけるシミュレーションを実行できます。TELEMAC-2Dは、以下の現象を考慮できます。

  • 非線形効果を考慮した長波の伝播
  • ベッド摩擦
  • コリオリの力の影響
  • 気象要因の影響：気圧と風
  • 乱気流
  • 急流と川の流れ
  • 水平温度勾配または塩分濃度勾配が密度に与える影響
  • 大規模領域における直交座標または球座標
  • 計算領域における乾燥地域：干潟と氾濫原
  • トレーサーの電流引き込みと拡散、ソース項とシンク項
  • フロートとラグランジュ漂流の監視
  • 特異点の処理: 敷居、堤防、パイプ。

TELEMAC-2Dは、多くの応用分野で利用されています。海洋分野では、港湾構造物の設計、潜水防波堤の建設や浚渫工事の影響調査、海水排水口からの排出の影響、熱プルームの調査などが挙げられます。また、河川においては、各種構造物（橋梁、土塁、突堤）の影響、ダム決壊、洪水調査、消散性または非消散性トレーサーの輸送などが挙げられます。TELEMAC-2Dは、工業用貯水池の決壊、貯水池への雪崩落下など、様々な特殊用途にも使用できます。

テレマック3D

3D 流体力学モジュール TELEMAC-3D は、TELEMAC-2D と同じ水平非構造メッシュを使用しますが、静水力学的モードか非静水力学的モードかに関係なくナビエ・ストークス方程式を解き、浅水の状況 (波長は水深の少なくとも 20 倍必要) よりも短い波を許容します。 効率を上げるため、自由表面を更新するための波の定式化が使用されます。 3D メッシュは、床と自由表面の間の一連のメッシュ化された表面として作成されます。 これらの平面の配置は柔軟であるため、シグマ グリッド (各平面は床と表面間の間隔の指定された割合に配置される) や、中間表面の位置に関するその他のいくつかの戦略を使用できます。 1 つの便利な例は、水面下または床上の固定距離にあるいくつかの平面を含めることです。表面近くの温度躍層または塩分躍層がある場合、密度勾配が最も大きい表面近くの平面間での水の混合を回避できるため、これは有利です。乾燥が起こると、水深はちょうどゼロになり、平面は層間間隔ゼロまで崩壊します。

マスカレット

出典: [ 2 ] [ 3 ]

MASCARETには、1次元自由表面流モデリングエンジンが搭載されています。サン・ヴナン方程式に基づく様々なモジュールにより、広範囲かつ多様な形状の様々な現象（メッシュ状または分岐状のネットワーク、亜臨界流または超臨界流、定常流または非定常流）をモデル化できます。MASCARETは以下の現象を表現できます。

  • 洪水の伝播と氾濫原のモデリング
  • ダム決壊による浸水波
  • 管理河川の規制
  • 激流となって流れ、
  • 運河の湿潤
  • 堆積物の輸送
  • 水質（温度、受動トレーサーなど）

アルテミス

ARTEMISは、数平方キロメートル程度の地理的領域における、海岸や港湾への波動伝播のシミュレーションに特化した科学計算ソフトウェアです。長波や共鳴波のシミュレーションでは、より広い領域をカバーします。ARTEMISは、波エネルギーの周波数依存性と方向拡散を考慮しています。計算では、計算領域における主要な波動特性（有義波高、波の入射角、軌道速度、砕波速度など） を取得します。

ARTEMISは、有限要素法を用いてベルコフ方程式（Mild Slope Equation）を解きます。Mild Slope Equationは、散逸過程を積分できるように拡張されています。ARTEMISは、一貫した境界条件を用いることで、以下のプロセスをモデル化できます。

  • 底屈折
  • 障害物による回折
  • 深度誘起波砕波
  • 底摩擦
  • 壁、防波堤、堤防などに対する完全または部分的な反射...
  • 放射または自由流出条件

ARTEMISは一連の参照試験で検証されており、数多くの研究に効果的に利用されています。このソフトウェアは、沿岸地域、海洋工事や構造物の近傍、あるいは砕波帯において、信頼性の高い波浪撹拌結果を提供できることが実証されています。ARTEMISは、プロジェクト条件を決定するための運用ツールです。

  • 構造設計、
  • 沿岸管理、
  • 波動流とそれに関連する波の条件
  • 砂の輸送、…
  • 港湾周辺の2つの異なる波の方向における砕波率...
  • メッシュ生成と結果の視覚化に適したプリプロセッサとポストプロセッサの助けを借りて簡単に実行できます。

トマワック

TOMAWACは沿岸域における波の伝播をモデル化するために使用されます。有限要素法を用いて、波のスペクトル角密度に関する簡略化された方程式を解きます。これは定常状態（つまり、シミュレーション全体を通して水深が一定）で実行されます。

TOMAWACは特に使い方が簡単で、以下の物理現象を考慮できます。

  • 風によって発生する波
  • 下部の屈折
  • 流れによる屈折
  • 水深の波の砕波による消散
  • 逆流波の砕波による消散

計算メッシュの各ポイントで、TOMAWAC は次の情報を計算します。

  • 有義波高
  • 平均波周波数
  • 平均波向
  • ピーク波周波数
  • 波誘起流
  • 放射線ストレス

TOMAWAC はさまざまなテストケースで検証され、すでに多数の研究で使用されており、海洋構造物の設計、波による堆積物の輸送、流れの研究など のエンジニアリング プロジェクトに最適です。

オープンシステムTELEMAC-MASCARETの他のモジュールと同様に、TOMAWACはシステムの強力なメッシュ生成機能と結果表示機能を備えています。また、TOMAWACと流体力学モジュールや固体輸送モジュールを容易にリンクでき、TELEMAC-2D、SISYPHE、TELEMAC-3Dなど、様々なモジュールで同じ計算グリッドを使用できます。

オープンシステムTELEMAC-MASCARETのすべてのモジュールと同様に、TOMAWACはフランス電力庁（Electricité de France）の調査研究部門で採用されている品質保証手順に従って開発されました。ソフトウェアには、理論的な説明、ユーザーマニュアルと初期手順、検証ファイルなど、包括的なドキュメントセットが付属しています。

シシュポス

SISYPHEは、TELEMAC-MASCARETモデリングシステムの最先端の堆積物輸送および河床変動モジュールです。SISYPHEは、沿岸域、河川、湖沼、河口など多様な環境における複雑な地形・地盤変動プロセスを、異なる流量、堆積物粒度、堆積物輸送モードに基づいてモデル化するために使用できます。

SISYPHEでは、堆積物輸送プロセスは掃流砂、懸濁砂、全砂に分類され、掃流砂輸送関係に関する広範なライブラリが備えられています。SISYPHEは、均一（単一サイズ）または不均一（複数サイズ）の非粘着性堆積物、粘着性堆積物（多層圧密モデル）、そして砂泥混合物に適用可能です。SISYPHEには、河道曲率によって生じる複雑な流れ場を正確に捉えるための二次流の影響、重力の影響に関連する河床勾配の影響、河床粗度予測因子、非侵食性河床領域など、数多くの物理ベースのプロセスが組み込まれています。

流れのみを扱う場合、SISYPHEは水深平均浅水モジュールTELEMAC-2D、または3次元レイノルズ平均ナビエ・ストークスモジュールTELEMAC-3Dと密結合することができます。波、または波と流れの複合効果を考慮するために、SISYPHEは波浪モジュールTOMAWACと内部結合することができます。

SISYPHEは、読みやすく使いやすいFortranファイルを修正することで、特定の要件に合わせて簡単に拡張・カスタマイズできます。ユーザーと開発者のコ​​ミュニティを支援するため、SISYPHEには、様々なアプリケーションに対応した多数のサンプル、検証、妥当性確認テストが含まれています。

一般的なテクニック

すべてのモジュールに共通して、有限体積スタイルの数値手法を使用して、乾燥とそれに続く湿潤の存在下で水とトレーサーの両方が適切に保存されることを保証します。

参照

参考文献

  1. ^ Galland, JC; Goutal, N.; Hervouet, JM (1991)、「TELEMAC: 浅水方程式を解くための新しい数値モデル」、Advances in Water Resources、14 (3): 138– 148、Bibcode : 1991AdWR...14..138G、doi : 10.1016/0309-1708(91)90006-A
  2. ^「1次元浅水方程式の有限体積ソルバーを実際の河川に適用」、N. GoutalおよびF. Maurel、Int. J. Numer. Meth. Fluids 2002; 38:1-19
  3. ^「MASCARET：開水路網における流体力学と水質解析のための1次元オープンソースソフトウェア」、N. Goutal、J.-M. Lacombe、F. Zaoui、K. El-Kadi-Abderrezzak著、River Flow 2012 – Murillo（編）、pp. 1169-1174
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