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18 results on '"Filippini, Andrea Gilberto"'

2. An Operational Discontinuous Galerkin Shallow Water Model for Coastal Flood Assessment

Author

Filippini, Andrea Gilberto, primary, Arpaia, Luca, additional, Perrier, Vincent, additional, Pedreros, Rodrigo, additional, Bonneton, Philippe, additional, Lannes, David, additional, Marche, Fabien, additional, De Brye, Sebastien, additional, Delmas, Simon, additional, Lecacheux, Sophie, additional, Boulahya, Faiza, additional, and Ricchiuto, Mario, additional

Published
2024
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5. UHAINA : A parallel high performance unstructured near-shore wave model

Author

Filippini, Andrea Gilberto, De Brye, Sébastien, Perrier, Vincent, Marche, Fabien, Ricchiuto, Mario, Lannes, David, Bonneton, Philippe, Certified Adaptive discRete moDels for robust simulAtions of CoMplex flOws with Moving fronts (CARDAMOM), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Environnements et Paléoenvironnements OCéaniques (EPOC), Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Computational AGility for internal flows sImulations and compaRisons with Experiments (CAGIRE), Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA), Laboratoire de Mathématiques et de leurs Applications [Pau] (LMAP), Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Montpelliérain Alexander Grothendieck (IMAG), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Daniel Levacher, Martin Sanchez, Xavier Bertin, Isabelle Brenon, ANR-17-CE40-0025,Nabuco,Frontières numériques et couplages(2017), ANR-18-CE40-0027,SingFlows,Ecoulements avec singularités : couches limites, filaments de vortex, interaction vague-structure(2018), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), and Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Wave breaking, Discontinuous Finite Element, Phase-resolving wave model, Unstructured meshes, Green Naghdi equations, [INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation
Abstract

International audience; UHAINA is a new phase-resolving free surface wave model for coastal engineering 21 problems. It is based on the most advanced and recent contributions in coastal 22 modelling from the french institutes EPOC, IMAG, IMB, and INRIA BSO. It solves a 23 non-classical version of the depth-integrated fully-nonlinear and weakly-dispersive 24 equations of Green-Naghdi, which allows an efficient numerical implementation. 25 UHAINA relies on libraries developed at the INRIA BSO center, such as AeroSol for 26 its hydrodynamic core, and PaMPA and SCOTCH to handle data management for 27 distributed memory parallel computation. The use of these libraries, in particular 28 AeroSol, offers a wide range of possibilities including arbitrary high-order finite 29 element discretizations, hybrid meshes (structured and unstructured), as well as an 30 advanced programming environment specially designed by the purpose of performance 31 and HPC. These properties will lead in the coming years to the release of a new efficient 32 and robust open source wave modelling platform, available for a large community of 33 users and very suitable for practical coastal applications.

Published
2018

6. Dispersive and dispersive-like bores in channels with sloping banks

Author

Chassagne, Rémi, Filippini, Andrea Gilberto, Ricchiuto, Mario, Bonneton, Philippe, Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Université Grenoble Alpes (UGA), UMR 5805 Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (EPOC), Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Certified Adaptive discRete moDels for robust simulAtions of CoMplex flOws with Moving fronts (CARDAMOM), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Environnements et Paléoenvironnements OCéaniques (EPOC), Inria Bordeaux Sud-Ouest, Plafrim, CARDAMOM, ANR-11-RSNR-0023-01,TANDEM,Tsunamis in the Atlantic and the English ChaNnel: Definition of the Effects through numerical Modeling(2014), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-11-RSNR-0023,TANDEM,Tsunamis en Atlantique et MaNche : Définition des Effets par Modélisation(2011), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), and Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph], [PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of the fluids [physics.class-ph], Asymptotic analysis, Tidal bores, Nombre de Froude, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Analyse asymptotique, Modèles Serre-Green-Naghdi, Dispersive shocks, [INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation, Serre-Green-Naghdi equations, Ondes longues, Dispersive effects, Long waves, Effets dispersifs, Channels, Froude number, Choc dispersifs, [PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph]
Abstract

In this paper, a detailed analysis of undular bore dynamics in channels of variable cross-section is presented. Two undular bore regimes, Low Froude Number (LFN) and High Froude Number (HFN), are simulated with a Serre-Green-Naghdi model, and the results are compared with the experiments by Treske. We show that contrary to Favre waves and HFN bores, whichare controlled by dispersive non-hydrostatic mechanisms, LFN bores correspond to a hydrostatic phenomenon. The dispersive-like properties of the LFN bores is related to wave refraction on the banks in a way similar to that of edge waves in the nearshore. A fully hydrostatic theoretical model allowing to describe these dispersive-like bores is derived and compared to the observations, confirming our claim.; Dans cet article, une analyse dille la dynamique des ressauts undulaires dans des canaux de section variable est prnt Desrmes Low Froude Number (LFN) et High Froude Number (HFN), sont simulvec un mod Serre-Green-Naghdi et les rltats sont comparux expences de Treske. Nous montrons que, contrairement aux ondes Favre et aux ondes HFN, contrlar desmnismes dispersifs non hydrostatiques, les ondes LFN correspondent phm hydrostatique. Les propris de dispersion des ressauts LFN sont li raction des vagues sur les berges, de la m mani que les edge waves. Un mod thique hydrostatique permettant de dire ces ondes \dispersive-like" est dv comparx observations, confirmant ainsi notre hypoth.

Published
2018

7. A Flexible 2D Nonlinear Approach for Nonlinear Wave Propagation, Breaking and Run up

Author

Filippini, Andrea Gilberto, Kazolea, Maria, Ricchiuto, Mario, Certified Adaptive discRete moDels for robust simulAtions of CoMplex flOws with Moving fronts (CARDAMOM), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Plafrim, Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, and Inria

Subjects
breaking, Finite Volume, unstructured, [MATH.MATH-MP]Mathematics [math]/Mathematical Physics [math-ph], wave breaking, unstructured meshes, Finite Element, [SPI.GCIV.CH]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering/Construction hydraulique, Green-Nagdhi equations, [MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA]
Abstract

International audience; We present a hybrid solution strategy for the numerical solution ofthe two-dimensional (2D) partial differential equations of Green-Nagdhi(GN), which simulates fully nonlinear, weakly dispersive free surfacewaves. We re-write the standard form of the equations by splitting theoriginal system in its elliptic and hyperbolic parts, through the definitionof a new variable, accounting for the dispersive effects and having therole of a non-hydrostatic pressure gradient in the shallow water equations.We consider a two-step solution procedure. In the first step wecompute a source term by inverting the elliptic coercive operator associatedto the dispersive effects; then in a hyperbolic step we evolve theflow variables by using the non-linear shallow water equations, with allnon-hydrostatic effects accounted by the source computed in the ellipticphase. The advantages of this procedure are firstly that the GN equationsare used for propagation and shoaling, while locally reverting to the nonlinearshallow water equations to model energy dissipation in breakingregions. Secondly and from the numerical point of view, this strategyallows each step to be solved with an appropriate numerical method onarbitrary unstructured meshes. We propose a hybrid finite element (FE)finite volume (FV) scheme, where the elliptic part of the system is discretizedby means of the continuous Galerkin FE method and the hyperbolicpart is discretized using a third-order node-centred finite volume(FV) technique. The performance of the numerical model obtained is extensivelyvalidated against experimental measurements from a series ofrelevant benchmark problems.

Published
2017

8. Simulation des écoulements à la surface libre dans des environnements côtiers et estuariens : développement numérique et application sur des maillages non-structurés

Author

Filippini, Andrea Gilberto, Certified Adaptive discRete moDels for robust simulAtions of CoMplex flOws with Moving fronts (CARDAMOM), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Université de Bordeaux, Mario Ricchiuto, and Philippe Bonneton

Subjects
Dispersion error, Finite Volume, Wave breaking, Équations de Serre-Green-Naghdi, Scaling analysis, Erreur de dispersion, Mascaret, Alluvial estuaries, Serre-Green-Naghdi equations, Modèle de type Boussinesq, Estuaires, Fortement non-linéaire et faiblement dispersif, Finite element, Volume Fini, Boussinesq-type models, Tidal bore, Fully nonlinear and weakly dispersive, Déferlement des vagues, Élément Fini, Analyse dimensionnelle, [MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA]
Abstract

Ces dernières décennies, une attention particulière a été portée sur la modélisation mathématique et la simulation numérique de la propagation de vagues en environnements côtiers. Une description physiquement correcte des phénomènes à grande échelle, qui apparaissent dans les régions d'eau peu profonde, doit prendre en compte de forts effets non-linéaires et dispersifs, ainsi que l'interaction avec des bathymétries complexes. Dans un premier temps, une étude du comportement en régime non linéaire de différents modèles de type Boussinesq est proposée, démontrant l'avantage d'utiliser des modèles fortement non-linéaires par rapport à des modèles faiblement non-linéaires et faiblement dispersifs (couramment utilisés). Ensuite, une nouvelle approche flexible pour résoudre les équations fortement non-linéaires et faiblement dispersives de Green-Naghdi est présentée. Cette stratégie permet d'améliorer un code "shallow water" existant par le simple ajout d'un terme algébrique dans l'équation du moment et est particulièrement adapté à l'utilisation de techniques hybrides pour le déferlement des vagues. De plus, la première discrétisation des équations de Green-Naghdi sur maillage non structuré est proposée via des schémas hybrides Volume Fini/Élément Fini. Finalement, les modèles et méthodes développés dans la thèse sont appliqués à l'étude du problème physique de la formation du mascaret dans des estuaires convergents et alluviaux. Cela a amené à la première caractérisation d'estuaire naturel en terme d'apparition de mascaret.; Over the last decades, there has been considerable attention in the accurate mathematical modeling and numerical simulations of free surface wave propagation in near-shore environments. A physical correct description of the large scale phenomena, which take place in the shallow water region, must account for strong nonlinear and dispersive effects, along with the interaction with complex topographies. First, a study on the behavior in nonlinear regime of different Boussinesq-type models is proposed, showing the advantage of using fully-nonlinear models with respect to weakly-nonlinear and weakly dispersive models (commonly employed). Secondly, a new flexible strategy for solving the fully-nonlinear and weakly-dispersive Green-Naghdi equations is presented, which allows to enhance an existing shallow water code by simply adding an algebraic term to the momentum balance and is particularly adapted for the use of hybrid techniques for wave breaking. Moreover, the first discretization of the Green-Naghdi equations on unstructured meshes is proposed via hybrid finite volume/ finite element schemes. Finally, the models and the methods developed in the thesis are deployed to study the physical problem of bore formation in convergent alluvial estuary, providing the first characterization of natural estuaries in terms of bore inception.

Published
2016

9. Simulation de la propagation et du déferlement d’une vague et de l’inondation d’unrèclif 2D: évaluation comparative des codes numérique pour la modélisation des tsunamis

Author

KAZOLEA, Maria, FILIPPINI, Andrea Gilberto, RICCHIUTO, Mario, ABADIE, Stéphane, MARTIN MEDINA, Manuel, MORICHON, Denis, JOURNEAU, Camille, MARCER, Richard, PONS, Kévin, LE ROY, Sylvestre, PEDREROS, Rodrigo, ROUSSEAU, Marie, Certified Adaptive discRete moDels for robust simulAtions of CoMplex flOws with Moving fronts (CARDAMOM), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA), Principia [La Ciotat], Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), and Inria

Subjects
Navier Stokes models, comparison, [MATH.MATH-MP]Mathematics [math]/Mathematical Physics [math-ph], wave breaking, tsunami modelling. Bossiness type models, 2d reef, [SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph]
Abstract

In the framework of the French research project TANDEM dedicated to tsunami modelling, a series of benchmarks has been set up, addressing the various stages of a tsunami event: generation, propagation, run-up and inundation. We present here the results of five codes, involving both depth-averaged Boussinesq and fully 3D Navier-Stokes equations, aimed at being applicable to tsunami modelling. The codes are evaluated on a flow involving propagation, run-up, overtopping and reflection of the waves on two-dimensional reefs, and compared with the experimental data produced from a set of laboratory experiments carried out at the O.H. Hinsdale Wave Research Laboratory, Oregon State University (OSU, see Roeber et al., 2010 and Roeber and Chung, 2012).; Dans le cadre du projet de recherche français TANDEM dédié à la modélisation de tsunamis, une série de tests a été mise enplace concernant les différentes étapes d'un tsunami : la génération, la propagation et l'inondation. Les résultats obtenus par cinq codessont présentés ici. Chacun d'eux utilise les équations de Boussinesq moyennées sur la profondeur et les équations de Naver-Stokes entrois dimensions adaptées à la modélisation de tsunamis. Ces codes sont évalués sur un écoulement impliquant la propagation, lasubmersion, et la réflexion des vagues sur un récif en deux dimensions. Une comparaison est effectuée à partir de données expérimentalesprovenant du laboratoire d'Hinsdale (O.H Hinsdale Wave Research Laboratory, Oregon State University, OSU, voir Roeber et al.,2010 etRoeber et Chung, 2012).

Published
2016

11. Modelling analysis of tidal bore formation in convergent estuaries

Author

Arpaia, Luca, Filippini, Andrea Gilberto, Bonneton, Philippe, Ricchiuto, Mario, Certified Adaptive discRete moDels for robust simulAtions of CoMplex flOws with Moving fronts (CARDAMOM), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Environnements et Paléoenvironnements OCéaniques (EPOC), Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-11-RSNR-0023,TANDEM,Tsunamis en Atlantique et MaNche : Définition des Effets par Modélisation(2011), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, and Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Pratique des Hautes Études (EPHE)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph], [PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], [INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2015

12. A flexible genuinely nonlinear approach for wave propagation, breaking and runup

Author

Filippini, Andrea Gilberto, Kazolea, Maria, Ricchiuto, Mario, Certified Adaptive discRete moDels for robust simulAtions of CoMplex flOws with Moving fronts (CARDAMOM), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Inria Bordeaux Sud-Ouest, INRIA, ANR-11-RSNR-0023,TANDEM,Tsunamis en Atlantique et MaNche : Définition des Effets par Modélisation(2011), and Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest

Subjects
[INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation
Abstract

We consider a two steps solution procedure composed by: a first step where the non hydrostatic source term is recovered by inverting the elliptic coercive operator associated to the dispersive effects; a second step which involves the solution of the hyperbolic shallow water system with the source term, computed in the previous phase, which accounts for the non-hydrostatic effects. Appropriate numerical methods that can be also generalized on arbitrary unstructured meshes are used to discretize the two stages: the standard $C^0$ Galerkin finite element method for the elliptic phase; either third order Finite Volume of third order stabilized Finite Element methods for the hyperbolic phase. The discrete dispersion properties of the fully coupled schemes obtained are studied, showing accuracy close or better to that of a fourth order finite difference method. The hybrid approach of locally reverting to the nonlinear shallow water equations is used to recover energy dissipation in breaking regions. To this scope we evaluate two strategies~: simply neglecting the non-hydrostatic contribution in the hyperbolic phase~; imposing a tighter coupling of the two phases, with a wave breaking indicator embedded in the elliptic phase to smoothly turn off the dispersive effects. The discrete models obtained are thoroughly tested on benchmarks involving wave dispersion, breaking and runup, showing a very promising potential for the simulation of complex near shore wave physics in terms of accuracy and robustness.

Published
2015

13. On the nonlinear behavior of Boussinesq type models: amplitude-velocity vs amplitude-flux forms

Author

Filippini, Andrea Gilberto, Bellec, Stevan, Colin, Mathieu, Ricchiuto, Mario, Parallel tools for Numerical Algorithms and Resolution of essentially Hyperbolic problems (BACCHUS), Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and INRIA

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph], [PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, [PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of the fluids [physics.class-ph], [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, [MATH.MATH-MP]Mathematics [math]/Mathematical Physics [math-ph], [PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph], [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography, [SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph]
Abstract

In this paper we consider the modeling of nonlinear wave transformation by means of weakly nonlinear Boussinesq models. We show that for a given linear dispersion relation and linear shoaling parameter one can derive, within the same asymptotic truncation, two system of PDEs differing only in the form of the linear dispersive operators. In particular, these can either be formulated in terms of derivatives of the velocity, or in terms of derivatives of the flux. In the first case we speak of amplitude-velocity form of the model, in the second case of amplitude flux form. We show examples of these couples for several linear relations, including a new amplitude-flux variant of the model of Nwogu. We then show, both analytically and by numerical nonlinear shoaling tests, that while for small amplitude waves it is important to have accurate linear dispersion and shoaling characteristics, when approaching breaking conditions it is only the amplitude-velocity or amplitude-flux form of the equations which determines the behavior of the model, and in particular the shape and the height of the waves. This knowledge has tremendous importance when considering the use of these models in conjunction with wave breaking detection and dissipation mechanisms.

Published
2014

14. On shoaling properties of enhanced Boussinesq models

Author

Filippini, Andrea Gilberto, Bellec, Stevan, Colin, Mathieu, Ricchiuto, Mario, Parallel tools for Numerical Algorithms and Resolution of essentially Hyperbolic problems (BACCHUS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Certified Adaptive discRete moDels for robust simulAtions of CoMplex flOws with Moving fronts (CARDAMOM), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest

Subjects
[MATH.MATH-AP]Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP]
Abstract

International audience; In this paper, we investigate the nonlinear properties of Boussinesq models.In particular, we consider the wave shoaling obtained in physical regimes whichgo from linear to weakly nonlinear, to the wave breaking limit. For a given asymptoticaccuracy in terms of dispersion and nonlinearity, we consider two families ofmodels: the first depending on derivatives of the velocity, the second on derivativesof the volume flux. Ww show that, while linear dispersion and linear shoaling characteristicsare strongly dependent on the type of dispersive terms introduced, whenapproaching the nonlinear regime the only influencing factor is whether the model isin amplitude-velocity of amplitude-flux form. We investigate these two alternativeformulations of several known models, and propose a new model with a compactdifferential form, and the same linear characteristics of the model of Nwogu. Thenonlinear shoaling properties of the models are investigated numerically showingthat inside one given family, all the models have almost identical behaviour.

Published
2014

15. Conservative and non-conservative variants of weakly nonlinear Boussinesq models: derivation and numerical assessment

Author

Filippini, Andrea Gilberto, Bellec, Stevan, Colin, Mathieu, Ricchiuto, Mario, Parallel tools for Numerical Algorithms and Resolution of essentially Hyperbolic problems (BACCHUS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2014

16. Upwind residual discretizations of the enhanced Boussinesq equations for wave propagation over complex bathymetries

Author

Ricchiuto, Mario, Filippini, Andrea Gilberto, Parallel tools for Numerical Algorithms and Resolution of essentially Hyperbolic problems (BACCHUS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, [PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA], [SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph]
Abstract

International audience

Published
2013

17. Upwind residual discretizations of Boussinesq equations for wave propagation

Author

Ricchiuto, Mario, Filippini, Andrea Gilberto, Parallel tools for Numerical Algorithms and Resolution of essentially Hyperbolic problems (BACCHUS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA], [SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph]
Abstract

International audience

Published
2013

18. Upwind Residual discretization of enhanced Boussinesq equations for wave propagation over complex bathymetries

Author

Ricchiuto, Mario, Filippini, Andrea Gilberto, Parallel tools for Numerical Algorithms and Resolution of essentially Hyperbolic problems (BACCHUS), Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Mathématiques de Bordeaux (IMB), Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INRIA, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), and Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux (Bordeaux INP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn], [SPI.GCIV]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering, [PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph], [MATH.MATH-NA]Mathematics [math]/Numerical Analysis [math.NA], [SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph]
Abstract

In this paper we consider the solution of the enhanced Boussinesq equations of Madsen and S$\oo$rensen ({\it Coast.Eng.} 18, 1992) by means of residual based discretizations. In particular, we investigate the applicability of upwind and stabilized variants of the Residual Distribution and Galerkin finite element schemes for the simulation of wave propagation and transformation over complex bathymetries. These techniques have been successfully applied to the solution of the nonlinear Shallow Water equations (Ricchiuto and Bollerman {\it J.Comput.Phys} 228, 2009 - Hauke {\it CMAME} 163, 1998). The work discussed in this paper constitutes a first step toward the obtention of a model coupling the enhanced Boussinesq equations with the Shallow Water equations in wave breaking regions. The contribution of the present work is to show that equal order and even low order (second) upwind/stabilized techniques can be used to model non-hydrostatic wave propagation over complex bathymetries. This result is supported by theoretical (truncation and dispersion) error analyses, and by a thorough numerical validation.

Published
2013

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