Υπολογιστικές τεχνικές Υδραυλικής Μηχανικής

Abstract

Η παράθεση των προγραμμάτων ηλεκτρονικών υπολογιστών (πηγαίοι κώδικες), μαζί με τη σχετική προς αυτά θεωρία, αποσκοπεί στην επίλυση τυπικών προβλημάτων Υδραυλικής Μηχανικής. Το βιβλίο αυτό αποτελεί μια συνέχεια του γνωστικού αντικειμένου της Υπολογιστικής Μηχανικής Ρευστών (Computational Fluid Dynamics, CFD). Προηγουμένως και επί σειρά ετών το μάθημα της Υπολογιστικής Μηχανικής Ρευστών διδάσκεται ως προπτυχιακό, αλλά με μερικές διαφοροποιήσεις, και ως μεταπτυχιακό στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης. Η Υδραυλική Μηχανική ασχολείται με προβλήματα ασυμπίεστων Ρευστών της Μηχανικής, κύριος εκπρόσωπος της οποίας είναι η ροή του ύδατος. Η ύλη, του κατά βάση εκπαιδευτικού αυτού συγγράμματος, έχει σχεδιαστεί για να καλύψει τις ανάγκες διδασκαλίας του εξαμηνιαίου μαθήματος με τίτλο «Υπολογισμός Υδραυλικών Έργων με χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών», το οποίο από τριακονταετίας και πλέον παραδίδεται στους προπτυχιακούς φοιτητές του εν λόγω τμήματος. Τα λυμένα παραδείγματα και η ταυτόχρονη παράθεση των προγραμμάτων ηλεκτρονικών υπολογιστών στη γλώσσα προγραμματισμού Fortran προσβλέπουν στην εμπέδωση του γνωστικού αντικειμένου της Υπολογιστικής Υδραυλικής Μηχανικής. Η αναλυτική παράθεση των ανοικτών κωδίκων (.f90) στη γλώσσα προγραμματισμού Fortran (f77 και f90) προσβλέπει στην αυτοδυναμία περαιτέρω ανάπτυξής τους προς επίλυση πλέον πολύπλοκων προβλημάτων που πιθανώς να αντιμετωπιστούν αργότερα. Ο έλεγχος των αποτελεσμάτων γίνεται με την αναλυτική παρουσίαση και των δεδομένων εισόδου (.dat) αλλά και τυπικών αποτελεσμάτων των υπολογισμών (.out). Η χρησιμότητα του συγγράμματος δεν περιορίζεται μόνο στην Υπολογιστική Υδραυλική. Η παγκοσμιότητα των μερικών διαφορικών εξισώσεων δίνει τη δυνατότητα να εφαρμοστούν οι παρούσες υπολογιστικές τεχνικές σε ευρύ φάσμα προβλημάτων της Μηχανικής των Συνεχών Μέσων.

The listing of computer programs (source codes), together with the theory related to them, is intended to solve typical hydraulic engineering problems. This book is a continuation of the subject of Computational Fluid Dynamics (CFD). Previously and for many years the course of Computational Fluid Dynamics has been taught as an undergraduate course, but with some variations, also as a postgraduate course at the Department of Civil Engineering of the Democritus University of Thrace. Hydraulic Engineering deals with problems of incompressible Fluid Mechanics, the main representative of which is the flow of water. The material, of this basically educational textbook, is designed to meet the teaching needs of the semester course entitled "Calculation of Hydraulic Projects using computers", which since thirty years and more has been delivered to the undergraduate students of this department. The solved examples and the simultaneous presentation of computer programs in the Fortran programming language are aimed at consolidating the subject of Computational Hydraulic Engineering. The detailed presentation of the open source codes (.f90) in the Fortran programming language (f77 and f90) is intended to enable further development to solve more complex problems that may be encountered later. The results are checked by analyzing both the input data (.dat) and typical results of the calculations (.out). The usefulness of the text is not limited to Computational Hydraulics. The universality of partial differential equations enables the present computational techniques to be applied to a wide range of problems in Continuous Media Mechanics.