Analysis of thermal impact in tidal rivers and estuaries
Description
The paper presents a far field mathematical model for numerical simulation of transient one or two-dimensional thermal distributions in regions with severe reversing flow conditions. The Eulerian formulation employs the integral form of the conservation principles for mass and thermal energy. The two-dimensional (2 D) solution area is spanned by discrete elements of variable size and shape. The three-dimensional geometry of the flow region is accounted for by spatially intergrating over the enclosure surfaces of the discrete element. The derivation of the two-dimensional depth-averaged temperatur equations includes the constributions of the vertical variations of velocity and temperature. Surface heat transfer as well as turbulent effects are taken into account. Important mathematical and computational features of the model are summarized. There is a discussion of the four main algorithms, necessary to treat flow regions with complex shoreline geometries, viz. (i) specification of the boundary (ii) determination of all discrete element midpoints lying within the (possibly multiconnected) solution area (iii) construction of discrete elements of irregular geometry exactly matching the (curved) boundary, (iv) treatment of boundary condiditons and numerical solution of the resulting mathematical system of weakly coupled, ordinary differential equations derived from the conservation principles. Preliminary results of a computer simulation are compared with the available data for a section of the Lower Elbe river. The calculation of the two-dimensional temperature distribution includes existing power plants and industrial sites. (orig.)
Availability note (English)
MF available from INIS under the Report Number.Abstract (German)
Mit dem Bericht wird ein mathematisches Fernfeldmodell zur numerischen Simulation transcenter ein- oder zweidimensionaler Waermeverteiler in Bereichen mit starker Stroemungsumkehr vorgestellt. Bei der Euler'schen Formulierung wird die integrale Form der Erhaltungssaetze fuer Masse und Waermeenergie benutzt. Der Zweidimensionale (2D) Loesungsraum wird von diskreten Elementen variabler Form und Groesse aufgespannt. Die dreidimensionale Geometrie des Stroemungsgebiets wird durch raeumliche Integration ueber die Huellflaechen des diskreten Elements beruecksichtigt. Die Ableitung der zweidimensionalen ueber die Tiefe genittelten Temperaturgleichungen schliesst die Beitraege der vertikalen Geschwindigkeits- und Temperaturaenderungen ein. Es werden sowohl Oberflaechenwaermeuebergang als auch Wirbelbildung beruecksichtigt. Wesentliche mathematische und rechentechnische Eigenschaften des Modells werden kurz dargestellt. Die fuer die Behandlung der Stroemungsgebiete mit komplexen Uferliniengeometrien erforderlichen vier Hauptalgorithmen werden besprochen. Es sind dies: (1) Festlegung der Begrenzung, (2) Bestimmung aller Mittelpunkte der diskreten Elemente, die innerhalb des (moeglicherweise mehrfach zusammenhaengenden) Loesungsgebiets liegen, (3) Konstruktion der diskreten Elemente mit unregelmaessiger Geometrie, die der (gekruemmten) Begrenzung exakt angepasst sind, (4) Behandlung der Randbedingungen und numerische Loesung des resultierenden Systems schwach gekoppelter, gewoehnlicher Differentialgleichungen, die aus den Erhaltungssaetzen abgeleitet werden. Vorlaeufige Ergebnisse einer Rechnersimulation werden mit den fuer einen Abschnitt der Unterelbe vorhandenen Daten verglichen. Die Berechnung zweidimensionaler Temperaturverteilungen beruecksichtigt vorhandene Kraftwerke und Industriestandorte. (orig.)
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Additional details
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 11 p.
- Report number
- GKSS--80/E/44
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 12629306
- Subject category
- S58: GEOSCIENCES;
- Descriptors DEI
- ESTUARIES; MATHEMATICAL MODELS; RIVERS; THERMAL POLLUTION; WATER POLLUTION
- Descriptors DEC
- POLLUTION; SURFACE WATERS
Optional Information
- Notes
- Also published in Water Research, v. 14, p. 1409-1419.