استفاده از یک نیروی مانع ساده برای شبیه‌سازی عبور جریان از زیر یک دریچه هایپوالاستیک به کمک روش هیدرودینامیک ذرات هموار

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز

3 3- استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز

چکیده

استفاده از روش‌های شبکه‌ای در مسائل با تغییر فرم زیاد به دلیل نیاز به تجدید شبکه، هزینه‌ بالایی دارد، اما روش هیدرودینامیک ذرات هموار به دلیل بدون شبکه بودن در حل این گونه مسائل توانایی بالایی دارد. این روش یک روش کاملاً لاگرانژی و ذره‌ای است، لذا در حل مسائل سطح آزاد نیز توانایی خوبی دارد. در این مقاله ابتدا مسأله عبور جریان سیال از زیر یک دریچه به کمک این روش مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج به‌دست آمده با روش VOF مقایسه شده‌اند. سپس ارتعاش یک صفحه هایپوالاستیک با روش حاضر مدل‌سازی و نتایج حل با داده‌های تحقیقات قبلی مقایسه شده است. در نهایت مسأله عبور جریان از زیر یک دریچه‌ی هایپوالاستیک با در نظر گرفتن تعامل سیال- جامد، به کمک روش هیدرودینامیک ذرات هموار و با استفاده از یک روش ساده و کار‌آمد در انتقال نیروها بین سیال و جامد شبیه‌سازی شده است. در این مقاله برای جلوگیری از نفوذ ذرات سیال به داخل جامد نیز یک نیروی دافع بسیار ساده که به فشار نیز وابسته نیست، معرفی می‌شود. در این شبیه‌سازی توانایی روش هیدرودینامیک ذرات هموار در دنبال کردن سطح مشترک سیال و جامد به خوبی دیده شده است و نتایج به‌دست آمده حاکی از دقت مناسب این شبیه‌سازی است.

کلیدواژه‌ها


اسماعیلی سیکارودی، محمد امین؛ (1391). استفاده از پردازنده گرافیکی در حل عددی جریان‌های تراکم‌ناپذیر به‌ روش ISPH، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی شیراز.

طیبی، علی؛ قدیری، بهزاد؛ و تقی‌زاده منظری، مهرداد؛ (1392). کنترل نوسانات فشار در روش SPH برای شبیه‌سازی جریان اطرافاستوانه، دوماهنامه مهندسی مکانیک مدرس، سال سیزدهم، شماره 7، ص.ص. 32-44.

قدم‌پور، زهرا؛ هاشمی، سید محمدرضا؛ طالب بیدختی، ناصر و نیک‌سرشت، امیرحسین (1391). مدل‌سازی عددی جریان به روش ISPH در مسائل شکست سد، جریان از روی سرریز و عملکرد همزمان دریچه و سرریز، مجله هیدرولیک، دوره 7، شماره 1، ص.ص. 29-47.

Amini Y., Emdad H., Farid M. (2011), "A new model to solve fluid–hypo-elastic solid interaction using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method", European Journal of Mechanics- B/Fluids, Vol. 30, No. 2, pp. 184-194.

Antoci C., Gallati M., Sibilla S. (2007), "Numerical simulation of fluid–structure interaction by SPH", Computers & Structures, Vol. 85, No. 11, pp. 879-890.

Ghadampour Z., Hashemi M. R., Talebbeydokhti N., Nikseresht A. H.,(2012), "Numerical modeling of dambreak, flow over sharp crested weir and simultaneous operation of gate and weir using ISPH" , Iranian Hydraulic Association, Vol. 7, pp. 29-47, (In Persian).

Gingold R. A., Monaghan J. J. (1977), "Smoothed particle hydrodynamics-theory and application to non-spherical stars", Monthly Notices Of The Royal Astronomical Society, Vol. 181, pp. 375-389.

Gray J., Monaghan J., Swift R. (2001), "SPH elastic dynamics", Computer Methods In Applied Mechanics And Engineering, Vol. 190, No. 49, pp. 6641-6662.

Koshizuka S., Nobe A., Oka Y. (1998), "Numerical analysis of breaking waves using the moving particle semi-implicit method", International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 26, No. 7, pp. 751-769.

Lahooti M., Pishevar A., Saidi M. (2011), "A novel 2D algorithm for fluid solid interaction based on the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method ", Scientia Iranica, Vol. 18, No. 3, pp. 358-367.

Libersky L. D., Allahdadi F. A., Carney T. C., Hipp J. R., Petschek A. G. (1993), "High strain Lagrangian hydrodynamics: A three dimensional SPH code for dynamic material response", J. Comp. Phys., Vol. 109, pp. 67–75.

Lucy L. (1977), "A numerical approach to the testing of fusion processes", The Astronomical J., Vol. 82, pp. 1013-1024.

Monaghan J.J. (1989), "On the problem of penetration in particle methods", J. Comput. Phys., Vol. 82, pp. 1-15.

Monaghan J.J. (1992), "Smoothed particle hydrodynamics", Annu. Rev. Astron. Astrophys., Vol. 30, pp. 543-574.

Monaghan J.J., Gingold R. (1983), "Shock simulation by the particle method SPH" , Journal of Computational Physics, Vol. 52, No. 2, pp. 374-389.

Omidvar P., Stansby P. K. and Rogers B. D. (2013), "SPH for 3-D floating bodies using variable particle mass", International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 72, No. 4, pp. 427-452.

Omidvar P., Stansby P. K. and Rogers B. D. (2012), "Wave body interaction in 2D using Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) including variable particle mass", International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 68, No. 6, pp. 686–705.

Rafiee A., Thiagarajan K. P. (2009), "An SPH projection method for simulating fluid-hypo elastic structure interaction", Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., Vol. 198, pp. 2785–2795.

Randles P., Libersky L. (1996), "Smoothed particle hydrodynamics: some recent improvements and application", Computer Methods In Applied Mechanics And Engineering, Vol. 139, No. 1, pp. 375-408.

Van Loon R., Anderson P., Van de Vosse F., Sherwin S. (2007), "Comparison of various fluid–structure interaction methods for deformable bodies", Computers & Structures, Vol. 85, No. 11, pp. 833-843.

Yang Q., Jones V., McCue L. (2012), "Free-surface flow interactions with deformable structures using an SPH–FEM model", Ocean Engineering, Vol. 55, pp. 136-147.