شبیه‌سازی سیستم دوفازی نیوتنی-غیرنیوتنی با استفاده از روش هیدرودینامیک ذرات هموار و مدل هرشل-بالکی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشگاه یاسوج

2 دانشگاه سمنان

10.30482/jhyd.2019.112571.1272

چکیده

یکی از مسائل مورد علاقه محققین در علم هیدرولیک، بررسی نحوه حرکت ذرات رسوب و تغییرات شکل سطح بستر رسوبی (مورفولوژی) ناشی از جریان آب بالای رسوبات می‌باشد. در این مقاله به کمک روش لاگرانژی هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) جریان دوفازی آب-رسوب مدل‌سازی شده است. از ویژگی‌های روش‌های لاگرانژی می‌توان به قابلیت مدل‌سازی تغییرشکل‌های بزرگ و مرزهای حدواصل میان دو سیال مختلف و همچنین ردیابی ذرات در مدل‌های چندفازی اشاره کرد. در این مطالعه جهت انجام مدل‌سازی از توسعه کد SPHysics2D بهره گرفته شده است که در آن مقادیر فشار به صورت صریح و به کمک معادله حالت محاسبه می‌شوند. برای بررسی رفتار فاز رسوبات، مدل غیرنیوتنی ویسکوپلاستیک هرشل بالکی پاپاناستاسیو (HBP) مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین در این مدل توسعه یافته برای بررسی تعامل ذرات دانه‌ای رسوبات از میانگین‌گیری هارمونیک میان لزجت و برای تعامل دو فاز مختلف از معادله Owen استفاده شده است. در این تحقیق به علت وجود اختلاف چگالی میان دو فاز آب و رسوب، از یکی از روش‌های اصلاح شده موجود برای معادلات پیوستگی و مومنتوم استفاده گشته است. برای بررسی صحت عملکرد مدل ویسکوپلاستیک به کار گرفته شده در کد، از مدل آزمایشگاهی شکست سد ذرات دانه‌ای استفاده گردید و پس از آن برای بررسی کد دو فازی توسعه یافته از مدل آزمایشگاهی شکست سد آب-رسوب با بستر متحرک استفاده گشت. نتایج حاکی از آن است که مدل به کار گرفته شده در این تحقیق قابلیت بالایی در شبیه سازی سیستم‌های دوفازی آب- رسوب خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها