شبیه سازی عددی و ارزیابی تجربی تلاطم سطح آزاد مایع تحت تحریک عرضی در یک مخزن مستطیلی

نوع مقاله: گزارش تحقیقاتی

نویسندگان

چکیده

در این مقاله، سطح آزاد مایع متلاطم تحت تاثیر تحریک عرضی در یک مخزن مستطیلی شکل، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل با استفاده از مطالعه تجربی ارزیابی شده است. شبیه سازی عددی بر اساس روش کسر حجمی سیال (VOF) انجام شده که امکان استخراج سطح آزاد را در چنین مساله ای فراهم می سازد. در مطالعه آزمایشگاهی از یک مخزن با دیواره های شفّاف برای بررسی سطح آزاد مایع استفاده شده است که دامنه و فرکانس حرکت متناوب آن به وسیله یک سیستم مکانیکی رفت و برگشتی کنترل می گردد. این وسیله مکانیکی یک حرکت متناوب عرضی برای تحریک مخزن مایع ایجاد می کند. سطح آزاد مایع متلاطم در مخزن مستطیلی با تصویر برداری و استفاده از پردازش تصویر استخراج شده است. همچنین به منظور مطالعه تاثیرات وجود تیغه صلب در داخل مخزن بر شکل تلاطم و به خصوص روی بیشترین وکمترین جابه جایی سطح آزاد مایع با شرایط تحریک فوق، آزمایشی با یک صفحه عمودی در وسط مخزن انجام شده است. مقایسه نتایج عددی با آزمایش های مشابه برای تحریک هایی با دامنه و فرکانس کم در بیشترین و کمترین جابه جایی سطح آزاد مطابقت خوبی نشان می دهد، به نحوی که متوسط خطای نسبی برآورد شده کمتر از 10% می باشد. هر چند که با افزایش دامنه و فرکانس تحریک، مقدار اختلاف ها به علت ایجاد رفتار غیر خطی و پیچیده سطح آزاد افزایش می یابد.

[1] Souto-Iglesias A, Delorme L, Perez–Rojas L, Abril-Perez S (2006) Liquid moment amplitude assessment in sloshing type problems with smooth particle hydrodynamics. Ocean Eng. 33: 1462–84.

[2] Akyildiz H, Unal NE (2006) Sloshing in a three-dimensional rectangular tank: numerical simulation and experimental validation. Ocean Eng. 33: 2135–49.

[3] Ibrahim AR (2005) Liquid sloshing dynamics. Cambridge University Press. ISBN: 9780521838856.

[4]  Faltinsen MO, Timokha AN (2009) Sloshing. Cambridge University Press. ISBN: 9780521881111.

[5] Abramson HN (1968) Propellant Slosh Loads. NASA SP8009.

[6] Pal P, BhattacharyyaSK (2010) Sloshing in partially filled liquid containers-Numerical and experimental study for 2-D problems. J Sound Vib. 329:4466–4485.

[7] Firouz–Abadi RD, Haddadpour H, Ghasemi M (2009) Reduced order modeling of liquid sloshing in 3D tanks using boundary element method. Eng Anal Bound Elem. 33:750–61.

[8] Biswal KC, BhattacharyyaSK (2010) Dynamic response of structure coupled with liquid sloshing in laminated composite cylindrical tank with baffle. Finite Elem Anal Des. 46:966–81. 

[9] Hashemnejad SM, Mohammadi MM (2010) Effect of anti-slosh baffles on free liquid oscillations in partially filled horizontal circular tanks. Ocean Eng. 38: 49–62.

[10] Rebouillat S, Liksonov D (2010) Fluid-structure interaction in partially filled liquid containers: A comparative review of numerical approaches. Comput Fluids. 39:739–46.

[11] Rawson KJ, E.C. Tupper (2001) Basic Ship Theory Volume 2. 5th edn. ISBN: 0750653973.

[12] Eslamdoost A (2010) Roll Motion of a Box and Interaction with Free Surface, Project work for the Phd course “CFD with Open Source Software”. Chalmers University of Technology, Sweden.

[13] Ekedahl E (2008) 6–DOF VOF–solver without Damping in OpenFOAM, Project work for the Phd course “CFD with Open Source Software”. Chalmers University of Technology, Sweden.

[14] http://www.cfd–online.com/Forums/openfoam.