کاربرد و مقایسه روش های اصلاح فشار و سرعت و شرایط مرزی در روش هیدرودینامیک ذرات هموار (WCSPH)در مدل سازی عددی سه بعدی جریان سیال غیرلزج

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی دریا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 استادیار، مجتمع مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

10.22044/jsfm.2020.8766.2986

چکیده

در این مقاله از روش هیدرودینامیک ذرات هموار نسبتاً تراکم‌پذیر (WCSPH) برای شبیه‌سازی سه بعدی جریان شکست سد در حضور مانع پایین‌دست استفاده شده است. معادلات اویلر که حاکم بر جریان سیال غیر لزج است، مورد استفاده قرار گرفته است. نوسانات شدید و غیرواقعی در میدان فشار و سرعت ، یکی از مشکلات عمده در این روش است. در مطالعه حاضر، این نوسانات با استفاده از فیلتر چگالی و یک حلگر ریمن پایستار کنترل شده و نتایج حاصل از بکارگیری این دو روش با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده‌اند. بعلاوه از آنجایی استفاده از لزجت مصنوعی در روش هیدرودینامیک ذرات هموار متداول است ، لذا نتایج فوق با در نظر گرفتن لزجت مصنوعی در معادلات مومنتم و بدون در نظر گرفتن فیلتر چگالی مقایسه گردیده است. مقایسه این نتایج نشان داد که حلگر ریمن پایستار عملکرد خوبی در کنترل نوسانات میدان فشار و سرعت داشته و در محاسبه صحیح فشار موفق عمل کرده است. در نهایت عمکرد دو شرط مرزی دینامیک و دفع‌کننده در این مقاله بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Chanson H (2006) Tsunami surges on dry coastal plains: application of dam break equations. Coast Eng J 48(4): 355-370.

[2] Deng X, Liu H, Lu S (2018) Analytical study of dam-break wave tip region. J Hydraul Eng 144(5): 04018015.

[3] P. Jančík and T. Hyhlík, “Pressure evaluation during dam break using weakly compressible SPH,” in Experimental Fluid Mechanics 2018, edited by P. Dančová and J. Novosád (Technická univerzita Liberec, Liberec, 2018), pp. 219–224

[4] Monaghan JJ (1994) Simulating free surface flows with SPH. J Comput Phys (110): 399-406.

[5] Crespo A, Gomez-Gesteira M, Dalrymple RA (2008) Modeling dam break behavior over a wet bed by a SPH technique. J Waterw Port Coast Ocean Eng 134(6): 313-320.

[6] Dalrymple RA, Rogers BD (2006) Numerical modeling of water waves with the SPH method. Coast Eng 2–3(53): 141-147.

[7] Rostami Varnousfaaderani M, Ketabdari MJ (2015) Numerical simulation of plunging wave breaker impact by a modified Turbulent WCSPH method. J Braz Soc Mech Sci Eng 37(2): 507-523.

[8] Gomez-Gesteira M, Dalrymple RA (2004) Using a three-dimensional smoothed particle hydrodynamics method for wave impact on a tall structure. J Waterw Port C-ASCE 130: 63-69.

[9] Monaghan JJ, Kos A (1999) Solitary waves on a cretan beach. J Waterw Port C-ASCE 3(125): 145-155.

[10] Colagrossi A, Landrini M (2003) Numerical simulation of interfacial flows by smoothed particle hydrodynamics. J Comput Phys (191): 448-475.

[11] Monaghan JJ (1989) On the problem of penetration in particle methods. J Comput Phys (82): 1-15.

[12] Monaghan JJ (2005) Smoothed particle hydrodynamics. Rep Prog Phys (68): 1703-1759.

[13] Vila JP (1999) On particle weighted methods and Smooth Particle Hydrodynamics. Math Models Meth Appl Sci 9(2): 161-209.

[14] Rogers BD, Dalrymple RA, Stansby PK (2010) Simulation of caisson breakwater movement using 2-D SPH. J Hydraul Res 48: 135-141.

[15] Gómez-Gesteira M (2006) Spheric SPH benchmark test cases: Test 1 - Force exerted by a schematic 3D dam break on a square cylinder. [Online]. Available: http://cfd.mace.manchester.ac.uksph/TestCasesSPH_Test1.html.

[16] Lucy LB (1977) A numerical approach to the testing of the fission hypothesis. The Astro J (84): 1013-1024.

[17] Gingold RA, Monaghan JJ (1977) Smoothed particle hydrodynamics: Theory and application to non-spherical stars. Mon Not R Astron Soc (181): 375-389.

[18] Monaghan JJ, Lattanzio JC (1985) A refined method for astrophysical problems. Astron Astrophys (149): 135-143.

[19] Monaghan JJ (1992) Smoothed paticle hydrodynamics. Annu Rev Astron Astrophys (30): 543-574.

[20] Dalrymple RA, Knio O (2001) SPH modeling of water waves. ASCE.

[21] Rogers BD, Dalrymple RA (2008) SPH modeling of tsunami waves. in Advances in Coastal and Ocean Engineering, Advanced Numerical Models for tsunami waves and runup edition, vol. 10, World Scientific.

[22] Ramsden JD (1993) Tsunamis: Forces on a vertical wall caused by long waves, bores, and surges on a dry bed. PhD Thesis, California Institute of Technology.

[23] Al-Faesly T, Palermo D, Nistor I, Cornett A (2012) Experimental modeling of extreme hydrodynamic forces on structural models. Int J Prot Struct 3(4): 477-505.