«یادداشت تحقیقاتی» شبیه‌سازی عددی توامان جریان موج سطح آزاد و جریان در محیط متخلخل با بکارگیری روش هیدرودینامیک ذرات هموار شده (SPH)

نوع مقاله: یادداشت تحقیقاتی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 دانش آموخته

چکیده

در این مقاله از روش عددی لاگرانژی و بدون شبکه هیدرودینامیک ذرات هموار شده (SPH) برای شبیه‌سازی موج تنها بر روی محیط متخلخل استفاده شده است. معادلات حاکم بر جریان امواج با استفاده از این روش گسسته‌سازی شده و با الگوریتم دو گام جزئی حل می‌شوند. به منظور مدل‌سازی حرکت موج تنها روی محیط متخلخل با روش عددیSPH ، با افزودن معادلات جریان در محیط متخلخل و اعمال شرایط مرزی بین فصل مشترک محیط متخلخل و غیر متخلخل (با در نظر گرفتن مرز به ارتفاع برابر با فاصله اولیه بین ذرات و اعمال معادلات پیوستگی مربوطه)، کد رایانه‌ای مساله توسط نویسندگان تهیه شد. به منظور صحت‌سنجی  مدل عددی، نتایج حاصل با جواب‌های تحلیلی مدل‌سازی موج تنها و با استفاده از درصد میانگین خطای نسبی مورد ارزیابی و تایید قرار گرفت. همچنین نتایج حاصل از شبیه‌سازی موج تنها بر روی محیط متخلخل نشان‌دهنده دقت قابل قبول مدل عددی تهیه شده می‌باشد، به طوری‌که درصد میانگین خطای نسبی برای نتایج مدل‌سازی عددی نسبت به نتایج تئوری در محاسبه ارتفاع موج 54/3 درصد برآورد شده است.

کلیدواژه‌ها


عطایی آشتیانی، ب. و بهشتی، ع. ( 1386). مکانیک امواج آب. جهاد دانشگاهی واحد صنعتی امیر کبیر.

معمارزاده، ر. (1390). مدل‌سازی عددی موج با روش هیدرودینامیک ذرات هموار شده SPH، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی.

Akbari, H. and Namin, M.M. (2013). "Moving particle method for modeling wave interaction with porous structures". J. Coastal Engineering. 74, pp. 59-73.

Ataie-Ashtiani, B. Shobeiry, G. and Farhadi, L. (2008). "Modified Incompressible SPH method for simulating free surface problems". Fluid Dynamic Research, Vol. 40, pp. 637-661.

Chorin, A.J. (1968). "Numerical solution of the Navier-Stokes equations". J. Mathematics of computation. 22, pp. 745-762.

Cummins, S.J. and Rudman, M. (1999)."An SPH projection method," J. Computational Physics. 152, pp. 584-607.

Dalrymple, R. and Rogers, B. (2006). "Numerical modeling of water waves with the SPH method". J. Coastal Engineering. 53, pp. 141-147.

Garcia, N. Lara, J. and Losada, I. (2004). "2-D numerical analysis of near-field flow at low-crested permeable breakwaters" J. Coastal Engineering. 51, pp. 991-1020.

Golshani, A. Mizutani, N.  Hur, D.S. and Shimizu, H. (2003). "Three-dimensional analysis of nonlinear interaction between water waves and vertical permeable breakwater" J. Coastal Engineering. 45, pp. 1-28.

Gui, Q. Dong, P. Shao, S. and Chen, Y. (2015). "Incompressible SPH simulation of wave interaction with porous structure"  J. Ocean Engineering. 110, pp. 126-139.

Hsu, T. Sakakiyama, J.T. and Liu, F. (2002). "A numerical model for wave motions and turbulence flows in front of a composite breakwater" J. Coastal Engineering. 46, pp. 25-50.

Huang, C. Chang, H.H. and Hwung, H. (2003). "Structural permeability effects on the interaction of a solitary wave and a submerged breakwater" J. Coastal Engineering. 49, pp. 1-24.

Hu, X. and Adams, N.A. (2007). "An incompressible multi-phase SPH method" J. Computational Physics. 227, pp. 264-278.

Karunarathna, S. and Lin, P. (2006). "Numerical simulation of wave damping over porous seabeds" J. Coastal Engineering. 53, pp. 845-855.

Kobayashi, N. Cox, D.T. and Wurjanto, A. (1990). "Irregular wave reflection and run-up on rough impermeable slopes". J. Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 116(6), pp. 708-726.

Lara, J. Garcia, N. and Losada, I. (2006). "RANS modelling applied to random wave interaction with submerged permeable structures" J. Coastal Engineering. 53, pp. 395-417.

Lee, E.S. Moulinec, C. Xu, R. Violeau, D. Laurence, D. and Stansby, P. (2008). "Comparisons of weakly compressible and truly incompressible algorithms for the SPH mesh free particle method" J. Computational Physics. 227, pp. 8417-8436.

Liu, G. and Liu, M. (2003). "Smoothed Particle Hydrodynamics- a Meshfree particle method": World Scientific.

Liu, F. Lin, P. Chang, K.A. and Sakakiyama, T. (1999). "Numerical modeling of wave interaction with porous structures" J. Waterway. Port, Coastal, and Ocean Engineering. 125, pp. 322-330.

Lo, E.YM. and Shao, S. (2002). "Simulation of near-shore solitary wave mechanics by an incompressible SPH method," Applied Ocean Research. Vol. 24, pp. 275-286.

Monaghan, J.J. (1994). "Simulating free surface flows with SPH". J. Computational Physics. 110, pp. 399-406.

Morris, J.P. Fox, P.J. and Zhu, Y. (1997). "Modeling low Reynolds number incompressible flows using SPH". J. Computational Physics. 136, pp. 214-226.

Monaghan, J.J. (2000). "SPH without a tensile instability" J. Computational Physics. 159, pp. 290-311.

Pengzhi, L. (2008). "Numerical modeling of water waves". ed: Taylor & Francis, New York,.

Ren, B. Wen, H. Dong, P. and Wang, Y. (2014). "Numerical simulation of wave interaction with porous structures using an improved smoothed particle hydrodynamic method"  J. Coastal Engineering. 88, pp. 88-100.

Shao, S. and Lo, E.Y. (2003). "Incompressible SPH method for simulating Newtonian and non-Newtonian flows with a free surface". Advances in Water Resources . 26, pp. 787-800.

Shao, S. (2010). "Incompressible SPH flow model for wave interactions with porous media" J. Coastal Engineering. 57, pp. 304-316.

Sollitt, C.K. Cross I, R.H. (1976). "Wave Reflection and transmission at permeable breakwaters". Massachusetts Inst. of Tech. Cambridge, Dept. of Civil Engineering.

Sulisz, W. (1985). "Wave reflection and transmission at permeable breakwaters of arbitrary cross-section". Coastal Engineering, 9(4), pp. 371-380.