Sediment transport mathematical modeling in a coastal zone using multiprocessor computing systems

Authors

  • A.I. Sukhinov
  • A.E. Chistyakov
  • E.A. Protsenko

Keywords:

mathematical model
sediment transport
distributed computing
parallel programming
dynamics of marine sediments
shallow water equations
diffusion-convection-reaction equation
Navier-Stokes equations

Abstract

A nonstationary two-dimensional model of sediment transport in a coastal zone of reservoirs is considered. The following physical parameters and processes are taken into account: the soil porosity; the critical value of the tangent tension for which the sediment movement begins; the turbulent exchange; the dynamically variable geometry of the bottom and the level elevation function; wind currents; and the friction on the bottom. Two-dimensional and three-dimensional models of hydrodynamics in a coastal zone of reservoirs as well as a transport model for weighted particles are constructed and are implemented on a distributed computing cluster. A number of numerical results are discussed.

New computational technologies

Downloads

Published

2014-10-23

Issue

Vol. 15 (2014): Issue 4.

Section

Section 1. Numerical methods and applications

Author Biographies

A.I. Sukhinov

South Federal University, Institute of Computer Technology and Information Security
• Professor, Head of Department

A.E. Chistyakov

South Federal University, Institute of Computer Technology and Information Security
• Associate Professor

E.A. Protsenko

A.P. Chekhov Taganrog Institute
• Associate Professor

References

  1. Леонтьев И.О. Прибрежная динамика: волны, течения, потоки наносов. М.: Геос, 2001.
  2. Проценко Е.А. Модель и алгоритмы решения задачи о транспорте наносов // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2009. № 8. 71-75.
  3. Проценко Е.А. Двумерная конечно-разностная модель формирования наносов в прибрежной зоне водоема и ее программная реализация // Инженерный вестник Дона. 2010. № 3. 23-31.
  4. Сухинов А.И., Чистяков А.Е., Проценко Е.А. Построение дискретной двумерной математической модели транспорта наносов // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. № 8. 32-44.
  5. Сухинов А.И., Чистяков А.Е., Проценко Е.А. Двумерная гидродинамическая модель, учитывающая динамическое перестроение геометрии дна мелководных водоемов // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. № 8. 159-167.
  6. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980.
  7. Васильев В.С., Сухинов А.И. Прецизионные двумерные модели мелких водоемов // Математическое моделирование. 2003. 15, № 10. 17-34.
  8. Сухинов А.И. Прецизионные модели гидродинамики и опыт применения в предсказании и реконструкции чрезвычайных ситуаций в Азовском море // Известия ТРТУ. 2006. № 3. 228-235.
  9. Якушев Е.В., Сухинов А.И., Лукашев Ю.Ф. и др. Комплексные океанологические исследования Азовского моря в 28-м рейсе научно-исследовательского судна «Акванавт» (июль-август 2001 г.) // Океанология. 2003. 43, № 1. 44-53.
  10. Самарский А.А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1989.
  11. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1989.
  12. Сухинов А.И. Двумерные схемы расщепления и некоторые их приложения. М.: МАКС Пресс, 2005.
  13. Коновалов А.Н. К теории попеременно-треугольного итерационного метода // Сибирский математический журнал. 2002. 43, № 3. 552-572.
  14. Чистяков А.Е. Теоретические оценки ускорения и эффективности параллельной реализации ПТМ скорейшего спуска // Известия ЮФУ. Технические науки. 2010. № 6. 237-249.
  15. Ezer T., Mellor G.L. Sensitivity studies with the North Atlantic sigma coordinate Princeton Ocean Model // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2000. 32. 185-208.
  16. Дегтярева Е.Е., Проценко Е.А., Чистяков А.Е. Программная реализация трехмерной математической модели транспорта взвеси в мелководных акваториях // Инженерный вестник Дона. 2012. № 4. 30.
  17. Дегтярева Е.Е., Чистяков А.Е. Моделирование транспорта наносов по данным экспериментальных исследований в Азовском море // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. № 2. 112-118.
  18. Сухинов А.И., Никитина А.В., Чистяков А.Е., Семенов И.С. Математическое моделирование условий формирования заморов в мелководных водоемах на многопроцессорной вычислительной системе // Вычислительные методы и программирование. 2013. 14. 103-112.
  19. Сухинов А.И., Никитина А.В. Математическое моделирование и экспедиционные исследования качества вод в Азовском море // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. № 8. 62-73.
  20. Сухинов А.И., Чистяков А.Е., Фоменко Н.А. Методика построения разностных схем для задачи диффузии-конвекции-реакции, учитывающих степень заполненности контрольных ячеек // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2013. № 4. 87-98.
  21. Сухинов А.И., Чистяков А.Е., Алексеенко Е.В. Численная реализация трехмерной модели гидродинамики для мелководных водоемов на супервычислительной системе // Математическое моделирование. 2011. 23, № 3. 3-21.
  22. Сухинов А.И., Тимофеева Е.Ф., Чистяков А.Е. Построение и исследование дискретной математической модели расчета прибрежных волновых процессов // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. № 8. 22-32.
  23. Сухинов А.И., Чистяков А.Е., Тимофеева Е.Ф., Шишеня А.В. Математическая модель расчета прибрежных волновых процессов // Математическое моделирование. 2012. 24, № 8. 32-44.
  24. Чистяков А.Е. Об аппроксимации граничных условий трехмерной модели движения водной среды // Известия ЮФУ. Технические науки. 2010. № 6. 66-77.
  25. Сухинов А.И., Чистяков А.Е., Бондаренко Ю.С. Оценка погрешности решения уравнения диффузии на основе схем с весами // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. № 8. 6-13.
 How to cite   
Karpukhin S.A. Complexity of geometric optimization by rasterization of Minkowski sums // Numerical Methods and Programming. 2014. 15, No 4. 569–578.

TEX CODE:

Karpukhin S. , (2014) “Complexity of geometric optimization by rasterization of Minkowski sums,” Numerical Methods and Programming, vol. 15, no. 4, pp. 569–578.

TEX CODE:

S. Karpukhin, “Complexity of geometric optimization by rasterization of Minkowski sums,” Numerical Methods and Programming 15, no. 4 (2014): 569–578

TEX CODE:

Karpukhin S. Complexity of geometric optimization by rasterization of Minkowski sums. Numerical Methods and Programming. 2014;15(4):569–578.(In Russ.).

TEX CODE:

Featured articles

Models and methods for the profiling and execution time estimation of workflows in supercomputing systems
G.I. Radchenko, L.B. Sokolinsky, A.V. Shamakina
Stability of explicit schemes for solving Maxwell’s equations by high-order finite volume methods
D.K. Firsov
Explicit higher-order schemes for molecular dynamics problems
E.V. Vorozhtsov, S.P. Kiselev
Finite element modeling of multiphase flows with their balancing while setting the working pressure on wells during oil production
Ilya I. Patrushev, Anastasia S. Ovchinnikova, Alexander M. Grif, Marina G. Persova, Yuri G. Soloveichik
MUSCL-scheme of the third order of accuracy on a non-uniform structured grid
Alena R. Kocharina, Denis V. Chirkov