source: trunk/anuga_core/source/anuga/structures/boyd_box_operator.py @ 8125

Last change on this file since 8125 was 8125, checked in by wilsonr, 13 years ago

Changes to address ticket 360.
File size: 9.5 KB
Line 
1import anuga
2import math
3
4class Boyd_box_operator(anuga.Structure_operator):
5    """Culvert flow - transfer water from one rectangular box to another.
6    Sets up the geometry of problem
7   
8    This is the base class for culverts. Inherit from this class (and overwrite
9    compute_discharge method for specific subclasses)
10   
11    Input: Two points, pipe_size (either diameter or width, height),
12    mannings_rougness,
13    """
14
15
16    def __init__(self,
17                 domain,
18                 losses,
19                 width,
20                 height=None,
21                 end_points=None,
22                 exchange_lines=None,
23                 enquiry_points=None,
24                 apron=0.1,
25                 manning=0.013,
26                 enquiry_gap=0.0,
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        anuga.Structure_operator.__init__(self,
36                                          domain,
37                                          end_points,
38                                          exchange_lines,
39                                          enquiry_points,
40                                          width,
41                                          height,
42                                          apron,
43                                          manning,
44                                          enquiry_gap,                                                       
45                                          description,
46                                          label,
47                                          structure_type,
48                                          logging,
49                                          verbose)     
50       
51        if isinstance(losses, dict):
52            self.sum_loss = sum(losses.values())
53        elif isinstance(losses, list):
54            self.sum_loss = sum(losses)
55        else:
56            self.sum_loss = losses
57       
58        self.use_momentum_jet = use_momentum_jet
59        self.use_velocity_head = use_velocity_head
60       
61        self.culvert_length = self.get_culvert_length()
62        self.culvert_width = self.get_culvert_width()
63        self.culvert_height = self.get_culvert_height()
64
65        self.max_velocity = 10.0
66
67        self.inlets = self.get_inlets()
68
69
70        # Stats
71       
72        self.discharge = 0.0
73        self.velocity = 0.0
74       
75        self.case = 'N/A'
76
77
78
79    def discharge_routine(self):
80
81        local_debug ='false'
82
83        if self.use_velocity_head:
84            self.delta_total_energy = self.inlets[0].get_enquiry_total_energy() - self.inlets[1].get_enquiry_total_energy()
85        else:
86            self.delta_total_energy = self.inlets[0].get_enquiry_stage() - self.inlets[1].get_enquiry_stage()
87
88        self.inflow  = self.inlets[0]
89        self.outflow = self.inlets[1]
90
91        if self.delta_total_energy < 0:
92            self.inflow  = self.inlets[1]
93            self.outflow = self.inlets[0]
94            self.delta_total_energy = -self.delta_total_energy
95
96
97
98        if self.inflow.get_enquiry_depth() > 0.01: #this value was 0.01:
99            if local_debug =='true':
100                anuga.log.critical('Specific E & Deltat Tot E = %s, %s'
101                             % (str(self.inflow.get_enquiry_specific_energy()),
102                                str(self.delta_total_energy)))
103                anuga.log.critical('culvert type = %s' % str(culvert_type))
104            # Water has risen above inlet
105
106
107            msg = 'Specific energy at inlet is negative'
108            assert self.inflow.get_enquiry_specific_energy() >= 0.0, msg
109
110            if self.use_velocity_head :
111                self.driving_energy = self.inflow.get_enquiry_specific_energy()
112            else:
113                self.driving_energy = self.inflow.get_enquiry_depth()
114
115            depth = self.culvert_height
116            width = self.culvert_width
117            flow_width = self.culvert_width
118            # intially assume the culvert flow is controlled by the inlet
119            # check unsubmerged and submerged condition and use Min Q
120            # but ensure the correct flow area and wetted perimeter are used
121            Q_inlet_unsubmerged = 0.544*anuga.g**0.5*width*self.driving_energy**1.50 # Flow based on Inlet Ctrl Inlet Unsubmerged
122            Q_inlet_submerged = 0.702*anuga.g**0.5*width*depth**0.89*self.driving_energy**0.61  # Flow based on Inlet Ctrl Inlet Submerged
123
124            # FIXME(Ole): Are these functions really for inlet control?
125            if Q_inlet_unsubmerged < Q_inlet_submerged:
126                Q = Q_inlet_unsubmerged
127                dcrit = (Q**2/anuga.g/width**2)**0.333333
128                if dcrit > depth:
129                    dcrit = depth
130                    flow_area = width*dcrit
131                    perimeter= 2.0*(width+dcrit)
132                else: # dcrit < depth
133                    flow_area = width*dcrit
134                    perimeter= 2.0*dcrit+width
135                outlet_culvert_depth = dcrit
136                self.case = 'Inlet unsubmerged Box Acts as Weir'
137            else: # Inlet Submerged but check internal culvert flow depth
138                Q = Q_inlet_submerged
139                dcrit = (Q**2/anuga.g/width**2)**0.333333
140                if dcrit > depth:
141                    dcrit = depth
142                    flow_area = width*dcrit
143                    perimeter= 2.0*(width+dcrit)
144                else: # dcrit < depth
145                    flow_area = width*dcrit
146                    perimeter= 2.0*dcrit+width
147                outlet_culvert_depth = dcrit
148                self.case = 'Inlet submerged Box Acts as Orifice'
149
150            dcrit = (Q**2/anuga.g/width**2)**0.333333
151            # May not need this .... check if same is done above
152            outlet_culvert_depth = dcrit
153            if outlet_culvert_depth > depth:
154                outlet_culvert_depth = depth  # Once again the pipe is flowing full not partfull
155                flow_area = width*depth  # Cross sectional area of flow in the culvert
156                perimeter = 2*(width+depth)
157                self.case = 'Inlet CTRL Outlet unsubmerged PIPE PART FULL'
158            else:
159                flow_area = width * outlet_culvert_depth
160                perimeter = width+2*outlet_culvert_depth
161                self.case = 'INLET CTRL Culvert is open channel flow we will for now assume critical depth'
162            # Initial Estimate of Flow for Outlet Control using energy slope
163            #( may need to include Culvert Bed Slope Comparison)
164            hyd_rad = flow_area/perimeter
165            culvert_velocity = math.sqrt(self.delta_total_energy/((self.sum_loss/2/anuga.g)+(self.manning**2*self.culvert_length)/hyd_rad**1.33333))
166            Q_outlet_tailwater = flow_area * culvert_velocity
167           
168           
169            if self.delta_total_energy < self.driving_energy:
170                # Calculate flows for outlet control
171
172                # Determine the depth at the outlet relative to the depth of flow in the Culvert
173                if self.outflow.get_enquiry_depth() > depth:        # The Outlet is Submerged
174                    outlet_culvert_depth=depth
175                    flow_area=width*depth       # Cross sectional area of flow in the culvert
176                    perimeter=2.0*(width+depth)
177                    self.case = 'Outlet submerged'
178                else:   # Here really should use the Culvert Slope to calculate Actual Culvert Depth & Velocity
179                    dcrit = (Q**2/anuga.g/width**2)**0.333333
180                    outlet_culvert_depth=dcrit   # For purpose of calculation assume the outlet depth = Critical Depth
181                    if outlet_culvert_depth > depth:
182                        outlet_culvert_depth=depth
183                        flow_area=width*depth
184                        perimeter=2.0*(width+depth)
185                        self.case = 'Outlet is Flowing Full'
186                    else:
187                        flow_area=width*outlet_culvert_depth
188                        perimeter=(width+2.0*outlet_culvert_depth)
189                        self.case = 'Outlet is open channel flow'
190
191                hyd_rad = flow_area/perimeter
192
193
194
195                # Final Outlet control velocity using tail water
196                culvert_velocity = math.sqrt(self.delta_total_energy/((self.sum_loss/2/anuga.g)+(self.manning**2*self.culvert_length)/hyd_rad**1.33333))
197                Q_outlet_tailwater = flow_area * culvert_velocity
198
199                Q = min(Q, Q_outlet_tailwater)
200            else:
201               
202                pass
203                #FIXME(Ole): What about inlet control?
204
205            culv_froude=math.sqrt(Q**2*flow_width/(anuga.g*flow_area**3))
206            if local_debug =='true':
207                anuga.log.critical('FLOW AREA = %s' % str(flow_area))
208                anuga.log.critical('PERIMETER = %s' % str(perimeter))
209                anuga.log.critical('Q final = %s' % str(Q))
210                anuga.log.critical('FROUDE = %s' % str(culv_froude))
211
212            # Determine momentum at the outlet
213            barrel_velocity = Q/(flow_area + anuga.velocity_protection/flow_area)
214
215        # END CODE BLOCK for DEPTH  > Required depth for CULVERT Flow
216
217        else: # self.inflow.get_enquiry_depth() < 0.01:
218            Q = barrel_velocity = outlet_culvert_depth = 0.0
219
220        # Temporary flow limit
221        if barrel_velocity > self.max_velocity:
222            barrel_velocity = self.max_velocity
223            Q = flow_area * barrel_velocity
224
225        return Q, barrel_velocity, outlet_culvert_depth
226       
227       
228       
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.