شبیه سازی عددی سقوط آزاد اجسام استوانه‌ای به کمک روش برهم نهادن شبکه

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان

3 استادیار، پژوهشکده علوم و تکنولوژی زیر دریا، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

جریان تراکم ناپذیر و غیردائم درحرکت سقوط آزاد اجسام استوانه ای بامقاطع دایروی، مربعی و مستطیلی به صورت عددی شبیه سازی شده است. رژیم جریان دراین شبیه‌سازی آرام درنظرگرفته شده وازروش برهم نهادن شبکه‌ها ‌ استفاده گردیده است‌. معادلات حاکم برمسئله به دودسته معادلات اندازه حرکت مربوط به سیال ومعادلات دینامیک جسم صلب تقسیم شده اند. نیروهای اعمالی به جسم شامل نیروهای هیدرودینامیکی، نیروی گرانشی وشناوری در نظر گرفته شده اند. معادلات جریان به صورت دوبعدی به روش حجم محدود حل گردیده و شبیه‌سازی حرکت سقوط آزاد یک جسم استوانه ای با مقاطع مختلف دایره ای، دردوحالت مکان اولیه مرکز کانال وخارج مرکزکانال و نیز مقاطع مربعی و مستطیلی درآرایشهای گوناگون به ارائه نتایج صحت سنجی شده منجرگردیده است. نتایج بدست آمده شامل ضریب درگ برای اعداد مختلف رینولدز در بازه 5/0 تا50، تغییرات سرعت سقوط مرکز استوانه، تغییرات سرعت زاویه ای و میزان انحراف زاویه ای جسم با نتایج تجربی مقایسه شده است. همچنین سقوط آزاد دو استوانه مستطیلی و مربعی مقایسه وتطابق خوبی با مطالعات قبلی احراز شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ladenburg, R (1970) On the influence of the walls in the motion of a sphere in a viscous fluid. Ann Phys 8: 447-458.

[2] Bartok G, Mason SG (1985) Particle motions in sheared suspensions. J Colloid Sci 13.

[3] Ramscheidt FD, Mason SG (1961) Deformation and burst of fluid drops in shear and hyperbolic flow. J Colloid Sci 16(3): 238-261.

[4] Dandy DS, Dwyer HA (1990) A sphere in shear flow at finite Reynolds number, effect of shear on particle lift, drag and heat transfer. J Fluid Mech 216(381): 381-410.

[5] Galimanov A, Acharya S (2008) A computational strategy for simulating heat transfer and flow past deformable objects. Int J Heat Mass Trans 51: 4415-4426.

[6] Al Quddus N, Wailed AM (2008) Motion of a spherical particle in a cylindrical channel using arbitrary Lagrangian-Eulerian method. J colloid sci 317: 620- 630.

[7] Kurose R, Komori S (1999) Drag and lift on a rotating sphere in a linear shear flow. J Fluid Mech 384: 183-206.

[8] Zhang L, Gerstenberg A, Wang X, Liu WK (2004) Immersed finite element method. Comp Method Appl Mech Eng 193: 2051-2067.

[9] Nirschel H, Dwyer HA, Denk V (1995) Three dimensional calculations of the simple shear flow around a single particle between two moving walls. J Fluid Mech 283: 273-285.

[10] Feng J, HU HH, Joseph DD (1994) Direct numerical simulation of Initial value problem for the motion of solid Bodies in a Newtonian Fluid Part 1: Sedimentation. J Fluid Mech 261: 95-134.

[11] Zhao P, Heinrich JC, Poirier DR (2006) Numerical modeling fluid- particle interactions. Compt Methods 195: 5780-5796.

[12] Lou K, Wang Z, Fan J (2007) A modified immersed boundary method for simulations of fluid- particle interaction. Int J Heat Mass Trans 197: 36-46.

[13] Wang ZJ, Kannan R (2012) An overset adaptive cartesian/prism grid method for moving boundary flow problems. American Institute of Aeronautics and Astronautics 1-14.

[14] Fast P, Shelley MJ (2004) A moving Overset grid method for interface dynamics applied to non-Newtonian Hele –Shaw flow. J Comput Phys 195: 117-142.

[15] Cai J, Tsai HM, Liu F (2005) A parallel viscous flow solver on multi-block overset grids. Comput Fluid 1-12.

[16] Tang HS (2010) Chimera Grid method for incompressible flows and its applications in actual problems. NASA Ames Research Center, CA, 10th Symposium on Overset Composite Grids and Solution Technology 1-25.

[17] Miller ST, Campbell RL, Elsworth CW, Pitt JS, Boger DA (2014) An overset grid method for fluid –structure interaction. WJM 4(07): 217-237.

[18] Pletcher RH, Tannehil JC, Anderson DA (2012) Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer. 3rd edn. Taylor & Francis.

[19] Glowinski R, Hesla TL, Joseph DD (1997) Distributed lagrangian-multiplayer / fictitious domain method for particulate flows. Int J Multiphase flow 25: 755-794.

[20] Nirschel H, Dwyer HA, Denk V) 1994) Chimera grid for the calculation of particle flow. University of California, Davis Mechanical and Aeronautical Engineering Davis, CA 95616 USA, AIAA, 94-0519.

[21] Tuncer H (1997) Two-dimensional unsteady Navier-Stokes solution method with moving overset grid. AIAA J 35(3): 471-476.

[22] Wehr D, Stangl R, Wagner S (1994) Interpolation schemes for inter grid boundary value transfer applied to unsteady transonic flow computations on overlaid embedded grids. Proceeding of the 2th European Computational Fluid Dynamics Conference 1: 382-390.

[23] Desquesnes G, Terracol M, Manoha E, Sagaut P (2006) On the use of a high order overlapping grid method for coupling in CFD/CAA. J Comput Phys 220: 355-382.

[24] Tang HS (2006) Study on a grid interface algorithm for solutions of incompressible Navier–Stokes equations. Comput Fluids 35: 1372-1383.

[25] Clift R, Grace Weber ME (1978) Bubbles, drops and particles. Academic Press.