source: trunk/anuga_core/source/anuga/structures/boyd_box_operator.py @ 8027

Last change on this file since 8027 was 8027, checked in by habili, 14 years ago

Added control case text to print_timestepping_statistics

File size: 8.9 KB
Line 
1import anuga
2import math
3import types
4
5class Boyd_box_operator(anuga.Structure_operator):
6    """Culvert flow - transfer water from one rectangular box to another.
7    Sets up the geometry of problem
8   
9    This is the base class for culverts. Inherit from this class (and overwrite
10    compute_discharge method for specific subclasses)
11   
12    Input: Two points, pipe_size (either diameter or width, height),
13    mannings_rougness,
14    """
15
16
17    def __init__(self,
18                 domain,
19                 end_point0, 
20                 end_point1,
21                 losses,
22                 width,
23                 height=None,
24                 apron=None,
25                 manning=0.013,
26                 enquiry_gap=0.2,
27                 use_momentum_jet=True,
28                 use_velocity_head=True,
29                 description=None,
30                 label=None,
31                 structure_type='boyd_box',
32                 logging=False,
33                 verbose=False):
34
35                     
36        anuga.Structure_operator.__init__(self,
37                                          domain,
38                                          end_point0, 
39                                          end_point1,
40                                          width,
41                                          height,
42                                          apron,
43                                          manning,
44                                          enquiry_gap,                                                       
45                                          description,
46                                          label,
47                                          structure_type,
48                                          logging,
49                                          verbose)     
50       
51       
52        if type(losses) == types.DictType:
53            self.sum_loss = sum(losses.values())
54        elif type(losses) == types.ListType:
55            self.sum_loss = sum(losses)
56        else:
57            self.sum_loss = losses
58       
59        self.use_momentum_jet = use_momentum_jet
60        self.use_velocity_head = use_velocity_head
61       
62        self.culvert_length = self.get_culvert_length()
63        self.culvert_width = self.get_culvert_width()
64        self.culvert_height = self.get_culvert_height()
65
66        self.max_velocity = 10.0
67
68        self.inlets = self.get_inlets()
69
70
71        # Stats
72       
73        self.discharge = 0.0
74        self.velocity = 0.0
75       
76        self.case = 'N/A'
77
78   
79    def discharge_routine(self):
80
81        local_debug ='false'
82       
83        if self.inflow.get_enquiry_height() > 0.01: #this value was 0.01:
84            if local_debug =='true':
85                anuga.log.critical('Specific E & Deltat Tot E = %s, %s'
86                             % (str(self.inflow.get_enquiry_specific_energy()),
87                                str(self.delta_total_energy)))
88                anuga.log.critical('culvert type = %s' % str(culvert_type))
89            # Water has risen above inlet
90
91
92            msg = 'Specific energy at inlet is negative'
93            assert self.inflow.get_enquiry_specific_energy() >= 0.0, msg
94
95            if self.use_velocity_head :
96                self.driving_energy = self.inflow.get_enquiry_specific_energy()
97            else:
98                self.driving_energy = self.inflow.get_enquiry_height()
99
100            height = self.culvert_height
101            width = self.culvert_width
102            flow_width = self.culvert_width
103            # intially assume the culvert flow is controlled by the inlet
104            # check unsubmerged and submerged condition and use Min Q
105            # but ensure the correct flow area and wetted perimeter are used
106            Q_inlet_unsubmerged = 0.544*anuga.g**0.5*width*self.driving_energy**1.50 # Flow based on Inlet Ctrl Inlet Unsubmerged
107            Q_inlet_submerged = 0.702*anuga.g**0.5*width*height**0.89*self.driving_energy**0.61  # Flow based on Inlet Ctrl Inlet Submerged
108
109            # FIXME(Ole): Are these functions really for inlet control?
110            if Q_inlet_unsubmerged < Q_inlet_submerged:
111                Q = Q_inlet_unsubmerged
112                dcrit = (Q**2/anuga.g/width**2)**0.333333
113                if dcrit > height:
114                    dcrit = height
115                    flow_area = width*dcrit
116                    perimeter= 2.0*(width+dcrit)
117                else: # dcrit < height
118                    flow_area = width*dcrit
119                    perimeter= 2.0*dcrit+width
120                outlet_culvert_depth = dcrit
121                self.case = 'Inlet unsubmerged Box Acts as Weir'
122            else: # Inlet Submerged but check internal culvert flow depth
123                Q = Q_inlet_submerged
124                dcrit = (Q**2/anuga.g/width**2)**0.333333
125                if dcrit > height:
126                    dcrit = height
127                    flow_area = width*dcrit
128                    perimeter= 2.0*(width+dcrit)
129                else: # dcrit < height
130                    flow_area = width*dcrit
131                    perimeter= 2.0*dcrit+width
132                outlet_culvert_depth = dcrit
133                self.case = 'Inlet submerged Box Acts as Orifice'
134
135            dcrit = (Q**2/anuga.g/width**2)**0.333333
136            # May not need this .... check if same is done above
137            outlet_culvert_depth = dcrit
138            if outlet_culvert_depth > height:
139                outlet_culvert_depth = height  # Once again the pipe is flowing full not partfull
140                flow_area = width*height  # Cross sectional area of flow in the culvert
141                perimeter = 2*(width+height)
142                self.case = 'Inlet CTRL Outlet unsubmerged PIPE PART FULL'
143            else:
144                flow_area = width * outlet_culvert_depth
145                perimeter = width+2*outlet_culvert_depth
146                self.case = 'INLET CTRL Culvert is open channel flow we will for now assume critical depth'
147            # Initial Estimate of Flow for Outlet Control using energy slope
148            #( may need to include Culvert Bed Slope Comparison)
149            hyd_rad = flow_area/perimeter
150            culvert_velocity = math.sqrt(self.delta_total_energy/((self.sum_loss/2/anuga.g)+(self.manning**2*self.culvert_length)/hyd_rad**1.33333))
151            Q_outlet_tailwater = flow_area * culvert_velocity
152           
153           
154            if self.delta_total_energy < self.driving_energy:
155                # Calculate flows for outlet control
156
157                # Determine the depth at the outlet relative to the depth of flow in the Culvert
158                if self.outflow.get_enquiry_height() > height:        # The Outlet is Submerged
159                    outlet_culvert_depth=height
160                    flow_area=width*height       # Cross sectional area of flow in the culvert
161                    perimeter=2.0*(width+height)
162                    self.case = 'Outlet submerged'
163                else:   # Here really should use the Culvert Slope to calculate Actual Culvert Depth & Velocity
164                    dcrit = (Q**2/anuga.g/width**2)**0.333333
165                    outlet_culvert_depth=dcrit   # For purpose of calculation assume the outlet depth = Critical Depth
166                    if outlet_culvert_depth > height:
167                        outlet_culvert_depth=height
168                        flow_area=width*height
169                        perimeter=2.0*(width+height)
170                        self.case = 'Outlet is Flowing Full'
171                    else:
172                        flow_area=width*outlet_culvert_depth
173                        perimeter=(width+2.0*outlet_culvert_depth)
174                        self.case = 'Outlet is open channel flow'
175
176                hyd_rad = flow_area/perimeter
177
178
179
180                # Final Outlet control velocity using tail water
181                culvert_velocity = math.sqrt(self.delta_total_energy/((self.sum_loss/2/anuga.g)+(self.manning**2*self.culvert_length)/hyd_rad**1.33333))
182                Q_outlet_tailwater = flow_area * culvert_velocity
183
184                Q = min(Q, Q_outlet_tailwater)
185            else:
186                pass
187                #FIXME(Ole): What about inlet control?
188
189            culv_froude=math.sqrt(Q**2*flow_width/(anuga.g*flow_area**3))
190            if local_debug =='true':
191                anuga.log.critical('FLOW AREA = %s' % str(flow_area))
192                anuga.log.critical('PERIMETER = %s' % str(perimeter))
193                anuga.log.critical('Q final = %s' % str(Q))
194                anuga.log.critical('FROUDE = %s' % str(culv_froude))
195
196            # Determine momentum at the outlet
197            barrel_velocity = Q/(flow_area + anuga.velocity_protection/flow_area)
198
199        # END CODE BLOCK for DEPTH  > Required depth for CULVERT Flow
200
201        else: # self.inflow.get_enquiry_height() < 0.01:
202            Q = barrel_velocity = outlet_culvert_depth = 0.0
203
204        # Temporary flow limit
205        if barrel_velocity > self.max_velocity:
206            barrel_velocity = self.max_velocity
207            Q = flow_area * barrel_velocity
208
209        return Q, barrel_velocity, outlet_culvert_depth
210       
211       
212       
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.