شبیه سازی جریان شکست سد به روش نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم ضعیف (WC-MPS)

روش های بدون شبکه (لاگرانژی) مانند روش نیمه ضمنی ذرات متحرک (MPS) و هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH)، جدیدترین نسل از این روش ها در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی می باشند که توجه محققین را در مسائل کاربردی که در آنها تغییرشکل های بزرگ و ناپیوستگی جریان وجود دارد، به خود جلب کرده-است. هدف از این پژوهش، توسعه و بهبود شبیه سازی جریان های با سطح آزاد با استفاده از مدل جدید نیمه ضمنی ذرات متحرک با تراکم پذیری ضعیف (WC-MPS) میباشد. در روشMPS ، مقدار فشار با حل معادله پواسون تعیین می شود. حل این معادله نیز به صورت ضمنی انجام می گیرد، که مستلزم صرف زمان زیاد برای رایانه است. در مطالعه حاضر، از WC-MPS برای محاسبه فشار استفاده شده است. در این روش، از معادله حالت، مشابه روش SPH، بهره گرفته شده است. این معادله به صورت صریح حل میشود و وقت زیادی از رایانه را اشغال نمی کند. به منظور ارزیابی روش و مدل پیشنهادی، مسئله شناخته شده و پرکاربرد جریان ناشی از شکست یک سد مورد بررسی قرار گرفته است. برنامه نویسی به زبان C انجام شد و آزمایش های صحت سنجی در خصوص کد نوشته شده صورت گرفت. برای مقایسه رویکرد لاگرانژی با رویکرد اویلری، شکست سد توسط نرم افزار FLOW-۳D نیز مدل سازی گردیده است. نتایج بررسی ها و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که هر دو رویکرد دارای دقت قابل قبولی در مدل سازی جریان با سطح آزاد می باشند. لیکن دقت رویکرد لاگرانژی، به ویژه روش WC-MPS ارائه شده، نسبت به رویکرد اویلری بیشتر است. روش پیشنهادی دارای نوسانات فشار بوده و در ادامه راهکارهای کاهش این نوسانات بررسی گردیده است.

کلیدواژه ها:

Lagrangian Approach " ، Eulerian Approach " ، moving-particle semi-implicit method " ، Free Surface Flow " ، Dam Break ، روش لاگرانژی" ، روش اویلری" ، روش نیمه ضمنی ذرات متحرک" ، جریان با سطح آزاد" ، شکست سد