Utilisateur:Jean-Michel Tanguy/SujetENTPE2020/APPAIX MOREL SANFRANCISCO

Bon courage et n'hésitez pas à communiquer avec moi par mail: jm.tanguy@shf-hydro.org

CAS n°1

Modélisation mathématique des phénomènes de transport - évolution des fonds

Hiérarchie des hypothèses simplificatrices

Navier-Stokes

• l'eau est considéré comme un fluide incompressible
• on réalise une intégration sur une section de calcul rectangulaire
• on considère que l'accélération est négligeable
• on considère que le frottement est négligeable

Expression de l'équation simplifiée

A partir des hypothèses précédentes, considérons un canal infini de forme rectangulaire : largeur b et profondeur d'eau H0.

Soit h le niveau d'eau, u la vitesse moyenne de l'écoulement dans la section de surface A=bH0 et enfin Q=bH0u le débit.

    SCHEMA

On obtient alors les deux équations suivantes :

$ b∂h/∂t + ∂Q/∂x = 0 $ (1)

$ ∂Q/∂t + gA(∂h/∂x) = 0 $ (2)

Solution analytique

On dérive alors (1) par rapport à t et (2) par rapport à x.

$ b×∂²h/∂t² + ∂(∂Q/∂x)∂t = 0 $ (1)
$ 2Qδxδt + gA(2h∂²x) = 0 $ (2)

On élimine ensuite le terme $ 2u∂x∂t $, nous obtenons l'équation des ondes suivante: $ ∂²h/∂t² + gH0∂²h/∂x² = 0 $


Cette équation peut se mettre sous la forme: $ (∂h∂t+c∂h∂x)=0 $
Une solution de cette équation pour l'évolution de la surface libre est la suivante:
$ h=acos(kx−σt) $ qui correspond à la propagation de 2 ondes de vitesse $ c=gH−−−√ $ dans les deux sens (vers la gauche et vers la droite)

Soit k le nombre d'onde, on obtient alors:
$ ∂h∂t = aσsin(kx - σt) $ et $ 2∂h∂2t = -σ²h(x,t) $

Donc $ -σ²h(x,t) + gH0∂²h/∂x² = 0 $

Donc $ h(x,t)=A.exp(xσ/c)+B.exp(-xσ/c) $ avec A et B, deux constantes.

   SUITE DE CALCUL

Cas d'application

Onde de marée progressive

Le cas que nous présentons ici est un cas d'école, car il met en scène la propagation d'une onde de marée de période de 12 heures dans un canal rectangulaire.

Les caractéristiques de cet exemple sont les suivants:

• période de la marée (T) : 12 heures
• amplitude : ... m
• profondeur (H0): 500 m

Les calculs conduisent à :

• célérité (c): 70 m/s
• nombre d'onde (k) : 7,48E-003 m-1

On résout l'équation de Berkhoff

   SUITE DE CALCUL