Experimental and numerical modeling of symmetrical four-branch supercritical cross junction flow
Résumé
During severe urban flooding, the surface flow can become supercritical near some crossroads if the slope of the streets reaches a critical steepness. The present study aims to validate the capacity of a code solving the two-dimensional shallow water equations to simulate the flows in a four-branch supercritical cross junction. An experimental study showed that five main flow patterns can be observed and are determined by the upstream flow characteristics as well as the slope of the channels. Computed and measured flows were compared on five detailed water depth fields and on more than 200 measured flow rate distributions. It appears that the flow rate distribution to the downstream branches and the flow characteristics, computed by the code using a set of reference parameters, compare well with the experimental data. Nevertheless, some discrepancies appear concerning the prediction of the location and of the thickness of the oblique jumps mainly because jumps are set on one cell in the numerical model. Furthermore, the flow patterns remain well predicted when altering the set of numerical parameters though the water depth field is slightly modified when changing the friction coefficients or the other parameters governing energy losses.
Durant les inondations urbaines extrêmes, l'écoulement à la surface de la ville peut passer en régime torrentiel à proximité de certains carrefours si la pente des rues dépasse une valeur critique. Le travail présenté ici a pour objectif de valider la capacité d'un code numérique résolvant les équations de Saint Venant bidimensionnelles à simuler les écoulements au sein d'un carrefour à quatre branches en régime torrentiel. Une étude expérimentale a montré que cinq formes d'écoulement principales peuvent être observées en fonction des caractéristiques des écoulements amont et de la pente des branches d'entrée. La comparaison des écoulements mesurés et calculés a eu lieu sur la base de cinq champs de hauteur d'eau détaillés et de plus de 200 répartitions des débits dans les branches aval. Il apparaît que ces répartitions de débits ainsi que les principales caractéristiques des écoulements, calculés par le code de calcul utilisant un jeu de paramètres de référence sont en bon accord avec les mesures expérimentales. Cependant, certaines différences apparaissent au niveau de la localisation et l'épaisseur du ressaut oblique calculé notamment dû au fait que le code tend à positionner le ressaut oblique sur une maille de calcul unique. De plus, bien que les formes d'écoulement restent bien estimées lorsque l'on changent les valeurs des paramètres numériques, les champs de hauteur prédits sont légèrement modifiés notamment lorsque l'on joue sur les coefficients de frottement et les paramètres liés aux pertes de charge.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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