مطالعه تجربی و شبیه سازی عددی اثر بافل روی تلاطم سطحی آب کم عمق در یک مخزن متحرک با استفاده از نرم افزار متن باز OpenFOAM

بر اثر ایجاد جابه جایی سازه یک مخزن مایع و انتقال این حرکت به مایع، حرکت سطح آزاد مایع داخل آن با به وجود آوردن موج (پدیده اسلاشینگ) باعث وارد شدن ضربات فشاری بر دیوارهای کناری و جانبی مخزن می شود. این پدیده با به وجود آوردن موج های پر انرژی و مخرب و همچنین ایجاد نیروهای هیدرودینامیکی با دامنه نوسانات بالا باعث اعمال نیروی نوسانی و گاها غیرقابل کنترل بر دیوارهای جانبی و موجب اختلال در حرکت عادی وسیله نقلیه حمل کننده مایع می شود که اهمیت بررسی و ارایه راهکارهای پیشگیری این پدیده را نشان می دهد. وسعت مواجهه با این پدیده در صنایعی دیگر همچون صنایع موشکی با سوخت مایع، کشتی های نفت کش یا حامل سوخت ها و مواد مایع، تانکرهای ماشین های سوخت رسان (مایع) یا مخازن آب، ایجاب می کند با پیش بینی رفتار آن اقدامات لازم برای کنترل پدیده اسلاشینگ صورت بگیرد. یکی از راه های کنترلی استفاده از بافل یا صفحاتی در راستای عرضی مخزن است. در این مقاله معادلات حاکم بر این پدیده در نرم افزار متن باز OpenFOAM حل شده است. این نرم افزار معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزیی را با استفاده از روش حجم محدود حل می کند که به صورت پیش فرض هندسه را سه بعدی در نظر می گیرد. برای حل جریان دو فاز از مدل اصلاح شده حجم های مایع (VOF) استفاده شده و از مدل مش متحرک هم برای حرکت بدنه مخزن استفاده شده است. در روش VOF، مقدار فازها به صورت کسری از یک (کسر حجمی) بیان می شود که برای تعیین آن براساس معادله پیوستگی، یک معادله دیفرانسیل تنظیم و حل می شود. برای مدل جریان مغشوش از مدل اصلاح شده k-e با درنظرگرفتن اثرات جریان های سطح آزاد استفاده شده است. همچنین مدلی تجربی از یک مخزن واقعی برای تایید پیشگویی های شبیه سازی ارایه شده است. بررسی ها، نشان از انطباق قابل قبول نتایج تجربی و عددی دارند. علاوه بر این نتایج نشان می دهد که با استفاده از بافل های عمودی تا ۵۰% می توان نوسانات ناشی از این پدیده را کاهش داد.

کلیدواژه ها:

Sloshing ، Turbulent Flow ، Baffle ، Openfoam ، اسلاشینگ ، جریان آشفته ، بافل ، OpenFOAM